一种用石墨烯吸附重金属离子的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用石墨烯吸附重金属离子的方法。利用乙酰丙酮还原制备的石墨烯作为吸附剂，将其加入到重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中，调节pH，搅拌过滤后得到滤液，用电感耦合等离子体原子发射光谱测定滤液中离子浓度，并通过固定Pb2+、Cd2+和Co2+的浓度和石墨烯的质量，改变pH，确定最佳pH。本发明制备的石墨烯对Pb2+最大吸附量为105.4mg/g，对Cd2+的最大吸附量为49.28mg/g；对Co2+的最大吸附量为27.78mg/g，其中对Cd2+的最大吸附量是酸化后的多壁碳纳米管的4.5倍。本发明在污水处理方面有很好的应用前景。
【专利说明】一种用石墨烯吸附重金属离子的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用纳米材料吸附重金属离子的方法，具体涉及一种用石墨烯吸附重金属离子的方法。
【背景技术】
[0002]环境污染是21世纪最严重的问题之一，直接威胁到人类的生存。环境污染包括水污染、空气污染和土壤污染，引起环境污染的主要因素有工业废水、废气、生活垃圾、塑料制品和电池等。其中工业废水和电池中所含重金属引起的环境污染对人类的健康具有直接影响，其主要造成的是重金属土壤和水污染。
[0003]重金属在生物体内可以沉积，可以与人体的细胞、蛋白质等发生反应，进而导致人体发生病变，影响人类健康。铅可以与人体神经系统作用影响智力发育，因此孕妇体内铅含量过高会对婴儿的智力产生影响；镉被列为环境污染中最危险的物质之一，可对人体肝，肾等部位造成损伤，能长期潜伏于人体缓慢影响人体健康；钴在体内含量过高，对人体的呼吸系统和心脏有影响，是造成白血病的因素之一。
[0004]基于重金属离子造成的污染引起的严重的环境问题，大量科研工作者对其进行了广泛的研究。经对现有文献检索发现，有关于纳米材料吸附重金属离子的报道很少。Yan-Hui Li 等人于 2003 年在 Carbon (Carbon2003 ；41:2787-2792)上发表了题为 “Competitive adsorption of Pb2+, Cu2+and Cd2+ions from aqueous solutions bymultiwalled carbon nanotubes” (多壁碳纳米管吸附水溶液中Pb2+、Cu2+和Cd2+离子)的文章。文中采用酸化后的多壁碳纳米管作为吸附剂，吸附水溶液中的Pb2+、Cu2lP Cd2+离子，该方法中对Pb2+的最大吸附量为97.08mg/g，对Cd2+的最大吸附量为10.86mg/g。
[0005]由于重金属离子对环境的危害，本领域技术人员致力于研发一种更有效地吸附重金属离子的方法。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种更有效地吸附重金属离子的方法。为实现上述目的，本发明使用乙酰丙酮还原制备的石墨烯作为吸附剂，吸附水溶液中的重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+,并确定最佳吸附pH。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，使用乙酰丙酮还原制备的石墨烯作为吸附剂，将石墨烯分别加入到重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中，使用盐酸、氨水和氢氧化钠调节PH值，搅拌过滤后得到滤液，用ICP-AES (电感耦合等离子体原子发射光谱法)测定滤液中重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+浓度，计算被石墨烯吸附的重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+浓度。这种吸附方法分为两部分:(I)固定PH值，变动离子浓度；(2)固定离子浓度，变动pH值。
[0009]方法一:固定pH值，变动重金属离子浓度，具体包括如下步骤:[0010](I)用分析天平称取等重量的石墨烯若干份；
[0011](2)配置不同浓度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液；
[0012](3)将每份石墨烯分别加入到不同浓度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中；
[0013](4)调节pH至同一数值，磁力搅拌后过滤；
[0014](5)用ICP-AES测定滤液浓度，计算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+的量。
[0015]优选地,步骤(1)中石墨烯每份50mg。
[0016]优选地，步骤⑵中Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液浓度分别为2~80mg/L，0.2~40mg/L 和 0.2 ~50mg/L。
[0017]优选地,步骤(4)中调节pH至6.00,磁力搅拌2~8h,用孔径0.22μηι的滤膜过滤。
[0018]方法二:固定重金属离子浓度，变动pH值，包括如下步骤:
[0019](I)用分析天平称取等重量的石墨烯若干份；
[0020](2)配置一定浓度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液；
[0021](3)将每份石墨烯分别加入到Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中；
[0022](4)调节pH至不同数值，磁力搅拌后过滤；
[0023](5)用ICP-AES测定滤液浓度，计算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+的量。
[0024]优选地,步骤(1)中石墨烯每份50mg。
[0025]优选地，步骤⑵中一定浓度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液浓度分别为55mg/L，40mg/L 和 30mg/L。
[0026]优选地，步骤(4)中pH为3.00~10.00，磁力搅拌2~8h，用孔径0.22 μ m的滤
膜过滤。
[0027]本发明使用乙酰丙酮还原制备的石墨烯吸附重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+，并确定吸附的最佳pH。与现有技术中使用酸化后的多壁碳纳米管吸附进行比较，本发明提供的吸附方法具有以下优点:
[0028]1.乙酰丙酮对于重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+具有络合作用；
[0029]2.石墨烯比表面积大，可吸附更多重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+ ；
[0030]3.操作简单。
[0031 ]本发明中石墨烯对Pb2+最大吸附量为105.4mg/g ；对Cd2+的最大吸附量为49.28mg/g ;对Co2+的最大吸附量为27.78mg/g,比酸化后的多壁碳纳米管对Pb2+和Cd2+的最大吸附量更大，在污水处理方面有很大的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明整体流程示意图；
[0033]图2为实施例1中石墨烯对不同浓度重金属离子吸附曲线图；
[0034]图3为实施例2中不同pH值对石墨烯吸附性能的影响曲线图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0036]实施例1
[0037]用乙酰丙酮还原氧化石墨烯制备得到石墨烯，取50mg已制备的石墨烯，分别单独加入到不同浓度的重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中，Pb2+、Cd2+和Co2+浓度范围分别为2~80mg/L，0.2~40mg/L和0.2~50mg/L，每个范围中取若干个测试点。用盐酸、氨水或氢氧化钠调节pH为6.00 (以pH计测量数据为准)，磁力搅拌2~8h。然后用孔径0.22 μ m尺寸的滤膜过滤，用ICP-AES分别测定滤液中离子的浓度，并计算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+量。
[0038]实施例2
[0039]用乙酰丙酮还原氧化石墨烯制备得到石墨烯，取50mg已制备的石墨烯，加入浓度为55mg/L的Pb2+水溶液中。用盐酸、氨水或氢氧化钠调节pH为3.00~10.00之间的不同整数值(以PH计测量数据为准)，搅拌2~8h。再用孔径0.22 μ m的滤膜过滤，得到的滤液用ICP-AES测定其浓度，计算被石墨烯吸附的Pb2+量。
[0040]同理Cd2+的浓度为40mg/L时改变pH、Co2+的浓度为30mg/L时改变pH，用上述方法测定不同PH下，石墨烯吸附Co2+或Cd2+后两种离子的浓度，计算吸附量。
[0041]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，使用乙酰丙酮还原制备的石墨烯作为吸附剂，将所述石墨烯分别加入到重金属离子Pb2+、cd2+和Co2+水溶液中，调节pH值，搅拌过滤后得到滤液，用ICP-AES测定所述滤液中重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+浓度，再计算被石墨烯吸附的重金属离子Pb2+、Cd2+和Co2+浓度；所述ICP-AES是指电感耦合等离子体原子发射光谱法。
2.根据权利要求1所述的一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)用分析天平称取等重量的石墨烯若干份； (2)配置不同浓度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液； (3)将每份石墨烯分别加入到不同浓度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中； (4)调节pH至同一数值，磁力搅拌后过滤；
(5)用ICP-AES测定滤液浓度，计算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+的量。
3.根据权利要求2所述的一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，步骤(1)中所述石墨烯每份50mg。
4.根据权利要求2所述的一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，步骤(2)中所述Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液浓度分别为2~80mg/L, 0.2~40mg/L和0.2~50mg/L。
5.根据权利要求2所述的一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，步骤(4)中调节pH至6.00,磁力搅拌2~8h,用孔径0.22 μ m的滤膜过滤。
6.根据权利要求1所述的一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)用分析天平称取等重量的石墨烯若干份； (2)配置一定浓度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液； (3)将每份石墨烯分别加入到Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中； (4)调节pH至不同数值，磁力搅拌后过滤； (5)用ICP-AES测定滤液浓度，计算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+的量。
7.根据权利要求6所述的一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，步骤(1)中所述石墨烯每份50mg。
8.根据权利要求6所述的一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，步骤(2)中一定浓度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液浓度分别为55mg/L，40mg/L和30mg/L。
9.根据权利要求6所述的一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，步骤(4)中pH为3.00~10.00，磁力搅拌2~8h，用孔径0.22 μ m的滤膜过滤。
10.根据权利要求1所述的一种用石墨烯吸附重金属离子的方法，其特征在于，用盐酸、氨水或氢氧化钠调节pH。
【文档编号】C02F1/28GK104016438SQ201410280815
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】杨志, 柴静, 胡南滔, 高润纲, 张亚非 申请人:上海交通大学