一種氧化石墨烯/粘土復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及層狀復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種氧化石墨締/粘±復(fù)合材 料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧化石墨又稱石墨酸，牛津大學(xué)化學(xué)家本杰明?C?布羅迪于1859年最早提出用 濃硝酸和氯酸鐘混合溶液處理石墨可得到穩(wěn)定的氧化石墨。之后Hummers等人提出用濃硫 酸、硝酸和高儘酸鐘混合物氧化制備氧化石墨，由于其安全和高效的特性，此方法被廣泛應(yīng) 用至今。氧化石墨保留了石墨母體的片層結(jié)構(gòu)，引入了環(huán)氧基、簇基、徑基和幾基，基團(tuán)的大 量引入利于有機(jī)胺的插層引入。由于其較好的親水性，將其分散于水中可形成單一原子層 的氧化石墨締，冷凍干燥后，石墨締具有很大的比表面積，理論比表面積達(dá)2630mVg。因此， W石墨締為載體的納米材料或W石墨締為組成的復(fù)合材料成為了研究熱點(diǎn)。
[0003] 蒙脫±，屬2:1型娃酸鹽類粘±，單位晶胞由上下兩片Si-O四面體和中間一片 A^O(OH)或Mg-O(OH)八面體片構(gòu)成。單元晶層間是W靜電引力或vanderWaals力相互 結(jié)合。蒙脫±礦物表面和內(nèi)部同樣存在多種有利于有機(jī)物柱撐作用的功能性基團(tuán)，如硅烷 基、侶醇基、硅烷醇基等。此外，蒙脫±的中間層陽離子的可交換性也為柱撐作用提供了可 能。因此，可通過改變其層間域結(jié)構(gòu)，提高其可利用性能。
[0004] 吸附法作為環(huán)境中污染物最為快速有效的方法之一，可單獨(dú)使用，也可與其它工 藝聯(lián)用，受到普遍關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明將插層作用后的氧化石墨締和粘±，通過分層和一定 比例的共堆積過程，制成層狀復(fù)合材料，據(jù)此，提供一種氧化石墨締/粘±復(fù)合材料及其制 備方法和應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)：
[0007] 一種氧化石墨締/粘±復(fù)合材料及其制備方法，原材料為石墨粉和粘±，制備過 程包括W下步驟：
[0008] (1)將質(zhì)量為0. 1~3g的氧化石墨締在超聲波作用下，分別分散于固定體積分?jǐn)?shù) 的有機(jī)胺的乙醇溶液中，利用微波輔助法在280W下反應(yīng)3~化，反應(yīng)后的產(chǎn)物用乙醇和去 離子水充分洗涂后，放置真空干燥箱中充分干燥，用篩網(wǎng)篩分均勻；
[0009] (2)將質(zhì)量1~IOg的粘±在超聲波作用下，分別分散于固定體積的溶劑中，攬拌 狀態(tài)下緩慢加入1 %~15%的有機(jī)柱撐劑，在40°C~70°C溫度下反應(yīng)4~化，反應(yīng)后的產(chǎn) 物用溶劑充分洗涂后，放置真空干燥箱中充分干燥，用篩網(wǎng)篩分均勻；
[0010] 做將0.〇4g~0. 2g步驟（1)的產(chǎn)物加入到100~500血的有機(jī)溶液中，在超聲 波作用下分散10~60min;
[0011] (4)將0. 15g~0. 75g步驟（3)產(chǎn)物加入到0. 3~1.化的有機(jī)溶液中，在超聲波 作用下分散10~60min;
[0012] (5)將步驟（3)和步驟（4)所得的分散系W1:1~1:16的比例混合，在超聲波作 用下分散30~60min，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)和真空干燥箱真空干燥，用篩網(wǎng)篩分均勻，即得到水體中 陰離子吸附材料。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟（1)中所述的有機(jī)胺的乙醇溶液選自正十六胺、正十二胺和正辛 胺中的一種，體積分?jǐn)?shù)為25 %~75 %。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟（2)中所述的粘±為巧基蒙脫石和巧侶基蒙脫石的一種。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟（2)中所述的固定體積溶劑選自甲苯、乙醇、環(huán)己燒的一種或加入 蒸饋水的質(zhì)量為純?nèi)軇┑?%~50%的混合溶液。
[0016] 進(jìn)一步地，甲苯作為溶劑時，水的質(zhì)量為甲苯質(zhì)量的0%。
[0017] 進(jìn)一步地，步驟（2)中所述的有機(jī)柱撐劑為丫-氨丙基S乙氧基硅烷、N-(e-氨 乙基）-丫-氨丙基S甲氧基硅烷、N- (0 -氨乙基）-N- (0 -氨乙基）-丫-氨丙基S已氧基 硅烷和十六烷基=甲基漠化錠中的一種。
[0018] 進(jìn)一步地，步驟（3)和（4)中所述的有機(jī)溶液選自無水乙醇或正下醇。
[0019] 進(jìn)一步地，步驟（1)、似和巧）中所述的真空干燥箱的工作真空度為-0.08 MPa~-0.IMPa,干燥時間為12~2地。
[0020] 一種氧化石墨締/粘±復(fù)合材料，所述氧化石墨締/粘±復(fù)合材料根據(jù)權(quán)利1~ 8中任意一項(xiàng)所述的氧化石墨締/粘±復(fù)合材料的制備方法制備得到。
[0021] 一種根據(jù)所述的氧化石墨締/粘±復(fù)合材料的用途，所述的氧化石墨締/粘±復(fù) 合材料適用于污水中陰離子和W陰離子形式存在的重金屬的分離去除領(lǐng)域。
[0022] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過對氧化石墨締和粘±分別插層作用，通過分層和共堆 積過程，使制得的復(fù)合材料兼具氧化石墨締和粘±的優(yōu)點(diǎn)，同時加入有機(jī)胺和有機(jī)柱撐劑， 增加了表面和層間的吸附位點(diǎn)，可根據(jù)不同需要選擇不同柱撐劑和前驅(qū)體配比，從而提高 其吸附性能；并應(yīng)用于污水中陰離子和W陰離子形式存在的重金屬的分離去除，為其處理 和回收提供了有效的方法和手段。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的插層和柱撐后的氧化石墨締和巧基蒙脫±的PXRD圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中制備好的氧化石墨締/粘±復(fù)合材料的TEM圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中制備好的氧化石墨締/粘±復(fù)合材料的TG圖。
【具體實(shí)施方式】
[00%] 下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一 寶述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于W下實(shí)施例。 陽〇27] 實(shí)施例1
[0028] 一種氧化石墨締/粘±復(fù)合材料的制備方法，原材料為石墨粉和粘±，制備過程 包括W下步驟：
[0029] (1)將質(zhì)量為2g的氧化石墨締在超聲波作用下，分散于體積分?jǐn)?shù)為50%的正辛胺 的乙醇溶液中，利用微波輔助法在280W下反應(yīng)化，反應(yīng)后的產(chǎn)物用乙醇和去離子水充分洗 涂后，放置真空干燥箱中干燥24h，用200目篩網(wǎng)篩分均勻；
[0030] 似將質(zhì)量10g巧基蒙脫±在超聲波作用下，分散于100血的甲苯中，攬拌狀態(tài)下 緩慢加入8 %的丫-氨丙基=乙氧基硅烷，在60°C溫度下反應(yīng)化，反應(yīng)后的產(chǎn)物用甲苯充分 洗涂后，放置真空干燥箱中干燥2地，用200目篩網(wǎng)篩分均勻，從插層和柱撐后的氧化石墨 締和巧基蒙脫±的PXRD圖1所示，反應(yīng)后的層間距有了不同程度的增加；
[0031] (3)將0. 02g插層氧化石墨締加入到IOOmL的1-下醇溶液中，在超聲波作用下分 散 60min;
[0032] (4)將0. 16g柱撐后的巧基蒙脫±加入到IOOmL的1-下醇溶液中，在超聲波作用 下分散60min;
[003引妨將步驟做和步驟（4)所得的兩種分散系完全混合，此時的配比為1:8,在超 聲波作用下分散60min，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至溶液將近IOmL左右，緊接著將溶液放置真空干燥箱 中干燥2地，用200目篩網(wǎng)篩分均勻，即得到氧化石墨締/粘±復(fù)合材料。
[0034] 從圖2和圖3中所示可W得出，本實(shí)施例制備的氧化石墨締/粘±復(fù)合材料的堆 層分布均勻，且具有高的熱穩(wěn)定性。
[0035] 將本實(shí)施例制備好的氧化石墨締/粘±復(fù)合材料WIg/L投加量加入到抑為3的 含有初始濃度為25mg/L、50mg/l、75mg/L和lOOmg/L的Cr(VI)水體中，此時Cr(VI)多W HCr04的形式存在。吸附溫度控制為303K、313K和323K，振蕩器轉(zhuǎn)速為18化/min。
[0036] 氧化石墨締/粘±復(fù)合材料對陰離子化(VI)的吸附機(jī)理研究主要通過吸附過程 動力學(xué)、等溫線和熱力學(xué)進(jìn)行描述。研究結(jié)果如表1、2、3所示：
[0037] 表1氧化石墨締/粘±復(fù)合材料的動力學(xué)擬合參數(shù)
[0039] ki為擬一級動力學(xué)速率常數(shù)；k2為擬二級動力學(xué)速率常數(shù)；K1為顆粒內(nèi)擴(kuò)散速率 常數(shù)；R2為相關(guān)性。
[0040] 表2氧化石墨締/粘±復(fù)合材料的等溫線擬合參數(shù)
[0042] Qm為最大吸附容量；b為朗格繆爾常數(shù)；RL為無量綱分離常數(shù)；KP為與吸附劑和吸 附質(zhì)種類、性質(zhì)W及所采用單位有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；1/n為濃度指數(shù)；R2為相關(guān)性。
[0043] 表3氧化石墨締/粘±復(fù)合材料的熱力學(xué)參數(shù)
[0045] A護(hù)為吸附吉布斯自由能；AS°為吸附賭；AH°為吸附洽。
[0046] 機(jī)理研究表明，該吸附過程快速且符合擬二級動力學(xué)。Langmuir等溫