一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料及其制备和应用[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106268637 A(43)申请公布日 2017.01.04

(21)申请号 201610665829.2(22)申请日 2016.08.12

(71)申请人 东华大学

地址 201620 上海市松江区松江新城人民

北路2999号

申请人 佛山市迭蓓丝生物科技有限公司(72)发明人 聂华丽　邵敏　陈健良　陈国良　(74)专利代理机构 上海泰能知识产权代理事务

所 31233

代理人 黄志达(51)Int.Cl.

B01J 20/20(2006.01)B01J 20/30(2006.01)C02F 1/28(2006.01)

(54)发明名称

一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料及其制备和应用(57)摘要

本发明涉及一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料及其制备和应用，吸附材料原料包括：氧化石墨烯和粘胶纤维；制备：配置氧化石墨烯溶液，然后将氧化石墨烯均匀喷洒在粘胶纤维上。应用于染料吸附。本发明制备的氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料吸附量大，方法操作简单，反应条件温和，耗时较少，成本低，适用于规模化生产。

权利要求书1页 说明书4页 附图2页

CN 106268637 ACN 106268637 A

权　利　要　求　书

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1.一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料，其特征在于：所述吸附材料原料包括：氧化石墨烯和粘胶纤维，其中氧化石墨烯、粘胶纤维的比例150～300mg:300～600mg。

2.一种如权利要求1所述的基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的制备方法，包括：配置氧化石墨烯溶液，然后将氧化石墨烯均匀喷洒在粘胶纤维上，烘干，即得基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料。

3.根据权利要求2所述的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液的浓度为15-20mg/ml。

4.根据权利要求2所述的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的制备方法，其特征在于：所述喷洒为用喷枪进行喷洒。

5.根据权利要求2所述的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的制备方法，其特征在于：所述烘干为：55-65℃条件下烘干。

6.一种如权利要求1所述的基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的应用，其特征在于：应用于染料的吸附，具体为：将基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料加入到染料溶液中，震荡，然后测试氧化石墨烯改性的粘胶纤维对染料溶液的去除率。

7.根据权利要求6所述的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的应用，其特征在于：所述染料溶液为孔雀石绿染料溶液，浓度为25～60.00mg/ml。

8.根据权利要求6所述的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的应用，其特征在于：所述基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料与染料的质量比为450～900mg:250～3000mg。

9.根据权利要求6所述的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的应用，其特征在于：所述震荡为：摇床震荡，震荡时间为10～150分钟，速度为100～150次/分钟。

10.根据权利要求6所述的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的应用，其特征在于：测试氧化石墨烯改性的粘胶纤维对染料溶液的去除率和最大吸附量：利用紫外分光光度计在波长619nm处，检测吸附前后染料溶液的吸光度变化，并计算得到去除率和最大吸附量。

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说　明　书

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一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料及其制备和

应用

技术领域

[0001]本发明属于吸附材料及其制备和应用领域，特别涉及一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料及其制备和应用。

背景技术

[0002]我国是纺织印染业第一大国，而纺织印染业又是工业废水的排放大户，废水中含有大量的染料，其中染色加工过程中10-20％的染料排放到废水中，因此，对废水中染料的处理也是我们需要解决的根本问题。

[0003]纤维类吸附材料分子内有很多羟基集团，且具有多孔的特性，人们通过化学改性，提高其吸附性能。粘胶纤维属于再生纤维素纤维，具有较好的吸附性。已有报道粘胶纤维与炭纤维可以制成高吸附性的粘胶纤维。

[0004]石墨烯以及它的衍生物有许多作为吸附材料的天然优势。首先,石墨烯是单层的结构,所有的原子都是表面原子,因而石墨烯具有极大的比表面积。石墨烯的有效吸附表面甚至要比CNTs的还要高,这是因为污染物很难扩散进入CNTs的内表面。其次,与传统的吸附剂相比,污染物在石墨烯吸附材料上的吸附有着较快的吸附动力学。石墨烯吸附材料的孔状结构使得污染物具有更高的扩散速率,并直接导致更高的吸附速率。再者,相较其他高效吸附材料,石墨烯吸附材料的生产成本更低。最后,石墨烯吸附材料能同时处理多种污染物。石墨烯吸附材料处理重金属、染料、小分子有机污染物和油污等都有较高的吸附量。为了适应不同的需求,石墨烯吸附材料的官能化是重要途径。其中利用较多的是氧化石墨烯，它是最重要的碳材料吸附剂,因为它价格低廉、易于生产、吸附量大。发明内容

[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料及其制备和应用，本发明方法快速、简便、有效、适用于规模化操作。[0006]本发明的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料，所述吸附材料原料包括：氧化石墨烯和粘胶纤维，其中氧化石墨烯、粘胶纤维的比例为150～300mg:300～600mg。[0007]本发明的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的制备方法，包括：[0008]配置氧化石墨烯溶液，然后将氧化石墨烯均匀喷洒在粘胶纤维上，烘干，即得基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料。

[0009]所述氧化石墨烯溶液的浓度为15-20mg/ml。[0010]所述烘干为在55-65℃的烘箱烘干。

[0011]本发明的一种基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的应用，应用于染料的吸附，具体为：将基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料加入到染料溶液中，震荡，然后测试氧化石墨烯改性的粘胶纤维对染料溶液的去除率和最大吸附量。[0012]所述染料溶液为孔雀石绿染料溶液，浓度为25～60.00mg/ml，体积为10～

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50.00ml。

[0013]所述基于氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料与染料的比例为450～900mg:250～3000mg。

[0014]所述震荡为：摇床震荡，震荡时间为10～150分钟，震荡速度为100-150次/分钟。[0015]测试氧化石墨烯改性的粘胶纤维对染料溶液的去除率和最大吸附量：利用紫外分光光度计在波长619nm处，检测吸附前后染料溶液的吸光度变化，并计算得到去除率和最大吸附量。

[0016]本发明中氧化石墨烯的制备，具体为：[0017](a)预氧化：将K2S2O8、P2O5、浓硫酸混合，80-100℃水浴条件下，搅拌，加入石墨烯，反应，抽滤、洗涤、晾干，得到预氧化样品；其中K2S2O8、P2O5、浓硫酸、石墨烯的比例为15～20g：15～20g：70～90ml：15～20g；[0018](b)氧化：冰浴条件下，将上述预氧化样品加入到浓硫酸中，均匀分散，然后加入KMnO4后转移到35-45℃水浴中反应，然后在冰浴中降温，定容，然后加入H2O2，静止过夜；酸纯化；分级离心，即得氧化石墨烯；其中浓硫酸、KMnO4、H2O2的比例为700～900ml：100～110g：35～40ml。

[0019]所述步骤(a)中用量K2S2O8为15～20g，P2O5为15～20g，浓硫酸为70～90ml。[0020]所述步骤(b)中用量浓硫酸为700～900ml，KMnO4为100～110g，H2O2为35～40ml。[0021]所述步骤(a)中反应时间为10-40min。[0022]所述步骤(a)中抽滤、洗涤，晾干为：加入去离子水，然后用布氏漏斗抽滤，去离子水冲洗，直至pH值在5～6，结束后放在滤纸片上过夜晾干。[0023]所述步骤(b)在冰浴中降温为降至0-10℃左右。[0024]所述步骤(b)酸纯化为：去除上清液后，用PTFE膜过滤、稀盐酸冲洗，重复5～6次，然后用去离子水洗涤、离心。

[0025]所述步骤(b)定容为冰浴中取出的液体一分为二，分别装入2个2L圆底烧瓶，并分别用去离子水定容至2L。

[0026]分级离心主要分为两个阶段，[0027]1)第一阶段：以较小转速和较少时间离心，去除沉淀物质(离心管下层团聚状物质)，保留上清液。

[0028]2)第二阶段：以较大转速和较长时间离心，去除上清液，保留沉淀物质，直至上清液pH值稳定在中性左右。

[0029]所述步骤(b)分级离心分为两个阶段，其中第一阶段为：以500～1500rpm离心5-10min，去除沉淀物质，保留上清液；第二阶段为：转速8000～12000rpm离心15～30min，去除上清液，保留沉淀物质，洗涤直至上清液pH值稳定在6.4～7.0。[0030]有益效果

[0031]本发明的一种新的氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料作为一种新的吸附剂，能有效的吸附染料，基于碳材料的氧化石墨烯，不但能有效吸附，同时具有环保、无毒等功效，有着广泛的应用前景；

[0032]本发明制备的氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料吸附量大，氧化石墨烯改性的粘胶纤维质量为500mg时对染料的吸附量就可以达到800mg，同时本发明方法操作简单，反

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应条件温和，耗时较少，成本低，适用于规模化生产；

[0033]本发明涉及一种基于氧化石墨烯的新型吸附功能拓展了传统吸附剂的种类，与传统的吸附剂活性炭相比较，氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料，吸附速率高，吸附量大，可以应用于废水中染料的处理等领域。

附图说明

[0034]图1为中氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的SEM图片；

[0035]图2为粘胶纤维对孔雀石绿染料的去除率和氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料对孔雀石绿染料的去除率；

[0036]图3为实施例3中氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料对孔雀石绿染料的吸附量。具体实施方式

[0037]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0038]实施例1[0039]步骤1：先配制质量浓度为20mg/ml的氧化石墨烯，准确称量粘胶纤维的质量为500mg。

[0040]步骤2：用喷枪将氧化石墨烯均匀的喷洒于粘胶面膜纸上，喷洒氧化石墨烯15ml，放在60℃的烘箱烘干，即得氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料。见图1的SEM。[0041]粘胶纤维吸附效率的测定，包括如下步骤：[0042]步骤1：配制质量浓度为25.00mg/ml的孔雀石绿染料200ml待用。[0043]步骤2：称量6份500mg粘胶纤维分别放到6个规格为50ml的锥形瓶中，向锥形瓶中分别加入浓度为25.00mg/ml的孔雀石绿染料30ml，震荡速度为100次/分钟。[0044]步骤3：分别在震荡20分钟，40分钟，60分钟，80分钟，100分钟，120分钟时测量吸附前后孔雀石绿染料溶液在619nm下的吸光度，按下式计算吸附效率：[0045]R(％)＝(C0-Ct)/C0x 100

[0046]R为t时刻对孔雀石绿染料的吸附效率，C0和Ct分别为孔雀石绿染料的初始浓度和在t时刻的浓度，见图2。[0047]实施例2

[0048]氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料吸附效率的测定，包括如下步骤：[0049]步骤1：配制质量浓度为25.00mg/ml的孔雀石绿染料200ml待用。[0050]步骤2：称量6份500mg氧化石墨烯改性的粘胶纤维分别放到6个规格为50ml的锥形瓶中，向锥形瓶中分别加入浓度为25.00mg/ml的孔雀石绿染料30ml，震荡速度为100次/分钟。

[0051]步骤3：分别在震荡20分钟，40分钟，60分钟，80分钟，100分钟，120分钟时测量吸附前后孔雀石绿染料溶液在619nm下的吸光度，按下式计算吸附效率：[0052]R(％)＝(C0-Ct)/C0x 100

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R为t时刻对孔雀石绿染料的吸附效率，C0和Ct分别为孔雀石绿染料的初始浓度和

在t时刻的浓度，见图2。[0054]由图2中可知：氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料的脱色率，20分钟脱色率就高达50％，在吸附时间为80分钟时，脱色率就可以达到85％，远高于同质量的活性炭的脱色率。

[0055]实施例3

[0056]氧化石墨烯改性的粘胶纤维吸附材料吸附量的测定，包括如下步骤：[0057]步骤1：配制质量浓度为25.00mg/ml，30.00mg/ml，35.00mg/ml，40.00mg/ml，45.00mg/ml，50.00mg/ml的孔雀石绿染料待用。[0058]步骤2：称量6份500mg氧化石墨烯改性的粘胶纤维分别放到6个规格为50ml的锥形瓶中，向锥形瓶中分别加入浓度为25.00mg/ml，30.00mg/ml，35.00mg/ml，40.00mg/ml，45.00mg/ml，50.00mg/ml的孔雀石绿染料30ml。将6个锥形瓶放置到摇床上震荡100分钟，震荡速度为100次/分钟。[0059]步骤3：分别在6个不同浓度下测量吸附前后孔雀石绿染料溶液在619nm下的吸光度，

[0060]按下式计算吸附量：[0061]Q＝(C0-Ct)V0/M

[0062]Q为t时刻对孔雀石绿染料的吸附量，mg/g；V0为初始溶液体积，ml；C0和Ct分别为孔雀石绿染料的初始浓度和在t时刻的浓度，M氧化石墨烯改性的粘胶纤维的质量。为见图3。

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图1

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图2

图3

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