一种用于含酚废水处理的氧化石墨烯膜的制作方法
【专利摘要】一种用于含酚废水处理的氧化石墨烯膜。一种制备氧化石墨烯分离膜的方法，将碳粉、浓硫酸、NaNO3混合后在冰水浴中搅拌，缓慢加入KMnO4。此后体系升温至35℃，搅拌一小时后加入蒸馏水。并将体系升温至于95℃后持续搅拌30min，然后再向体系中加入少量蒸馏水和双氧水。将体系中的水分过滤后得到氧化石墨烯膜。将上述膜用于含苯酚废水的处理，发现苯酚的脱除效果明显，处理前后结果如图所示。
【专利说明】一种用于含酚废水处理的氧化石墨烯膜
【技术领域】
[0001]本发明涉及氧化石墨烯膜的制备及其在含酚废水处理中的应用。
【背景技术】
[0002]苯酚简称酚，又称石炭酸，常温下是一种无色或白色针状结晶，密度1.07g/cm3。熔点40°C，常温下微溶于水，易溶于有机溶剂，具有特殊气味，在空气或日光下易被氧化而逐渐变成粉红色，最终变为红色(律晓鑫，陈凯，张凤，浅谈含苯酚废水的处理，化学教学，8(2012)，75-77)。苯酚最初是从煤焦油中提取而得到，目前大量苯酚采用KBR合成法获得(ffojciech Kujawski等，Removal of phenol from wastewater by different separat1ntechniques，Desalinat1n 163 (2004) 287-296)，苯酸在医药、医疗、橡胶、杀虫剂等工业被广泛应用。
[0003]虽然苯酚在工农业生产中具有重要地位，其大量应用也导致了一定的环境污染。苯酚废水流入江河，对环境造成严重的污染，对人们的身体健康形成不容忽视的威胁，并且影响经济的可持续发展。苯酚进入水体后，含量为0.1?0.2mg/L时，就足以让鱼肉有异味，过高浓度还会导致鱼群大面积死亡；苯酚进入动物体可以导致细胞内的蛋白质变性而杀死细胞，引起头晕、贫血、出瘆和瘙痒等症状，同时对神经系统也有一定的损害作用。由于苯酚的上述危害，必须严格控制环境中的苯酚含量。我国苯酚废水排放(GB8978-1996)的三级标准是1.0mg/L，二级标准是0.4mg/L，一级标准是0.3mg/L。在我们常使用的自来水、矿泉水中均含有符合国家安全规定三级标准1.0mg/L)的苯酸。为达到上述要求，含苯酸废水排放前必须经过一定的处理。目前，已有多种含苯酚废水的处理方法，常见方法有吸附法、氧化法、电解法、萃取法等10余种处理方法。目前这些方法都有各自的优势和缺点，例如每一种方法所处理的废水的酚含量有一定限制，而且对废水的来源也有一定要求。为克服上述缺点，还有必要开发新型的含酚废水处理方法。
[0004]氧化石墨烯是石墨的一种衍生物，具有蜂窝状二维结构，由于具有特殊的物理、化学性质，比如较大比表面积、较高的孔隙率、较高的电导以及无毒、环保等特点，氧化石墨及其还原产物石墨烯在很多领域例如超级电容器、燃料电池催化剂等领域得到广泛石开宄(Liu, C.G.Yu, Z.N.Neff, D.Zhamu, A.Jang, B.Z.Graphene-Based Supercapacitorwith an Ultrahigh Energy Density 10(2010),4863-4868, Xin, Y.C.Liu, J.G.Zhou,Y.Liu, ff.M.Gao, J.A.Xie，Y.Yin, Y.Zou, Z.G.Preparat1n and characterizat1n ofPt supported on graphene with enhanced electrocatalytic activity in fuel cellJournal of Power Sources，3 (2011)，1012-1018)，不过关氧化石墨稀在废水处理中的应用还比较少，本专利则提出一种氧化石墨烯在吸附法处理含苯酚废水中的应用。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提出一种低成本、合成简便的制备一种新型废水处理膜的方法。这种膜主要用于含苯酚废水中苯酚的脱除。
[0006]一种氧化石墨烯膜的制备方法，它包括以下步骤:
[0007]步骤1.氧化石墨烯的制备，目前制备的氧化石墨烯的方法一般是先将活性炭在浓硫酸、高猛酸钾以及硝酸钠等提供的强氧化的环境下氧化(Laura J.Cote，FranklinKim, and Jiaxing Huang, Langmuir-Blodgett Assembly of Graphite Oxide SingleLayers, Journal of the American Chemical Society，131，2009，1043-1049)，本专利则是在文献报道的基础上(Xin，Y.C.Liu, J.G.Zhou, Y.Liu, ff.M.Gao, J.A.Xie，Y.Yin，Y.Zou,Z.G.,Preparat1n and characterizat1n of Pt supported on graphene with enhancedelectrocatalytic activity in fuel cell，Journal of Power Sources，196 (3)，2011，1012-1018.)进行改善，提出了一种氧化石墨薄膜的制备方法。首先是采用HUMOR法对活性炭进行氧化。简要叙述如下:将碳粉、浓硫酸、NaNCV混合后在冰水浴中搅拌，缓慢加入KMnO4,根据文献，此处加入步骤应尽可能缓慢，否则有爆炸危险，再次特别提醒。此后体系升温至35°C，搅拌一小时后加入蒸馏水。并将体系升温至于95°C后持续搅拌30min，然后再向体系中加入少量蒸馏水和双氧水。
[0008]步骤2.本步骤为成膜过程。将步骤I得到的混合物真空过滤，并用蒸馏水洗涤滤饼，一般每0.5mol氧化石墨烯需要10ml水洗涤，除去制备时引入的易溶于水的盐。此过程中，水透过滤饼的速率逐渐降低，最终所得产物可以在滤纸上形成一层较薄的氧化石墨烯膜；
[0009]步骤3.将步骤2所得的膜用作分离膜用于含苯酚废水的净化。简要步骤如下:将苯酚溶于蒸馏水后最为模拟含苯酚废水。将废水倾入底部铺了氧化石墨烯膜的漏斗，使废水自然透过上述膜。收集透过的液体。
[0010]步骤4.将步骤3所得的处理过的水采用紫外-可见检测仪，检测样品对紫外光的吸收情况，根据检测结果中吸收峰的面积推算废水中苯酚的含量，并与处理前的废水做对比。
【专利附图】
【附图说明】
[0011 ] 图.1为本专利氧化石墨烯处理前后含苯酚溶液的紫外-可见光谱图，可见处理后水中的苯酚显著降低，证明石墨烯膜是一种有效的脱除废水中苯酚的介质。
【具体实施方式】
[0012]以下给出本发明的2个最佳实施例。
[0013]实施例一:含苯酚0.24%废水的处理
[0014](I)在1000ml的烧杯中加入0.5g碳粉+0.5gNaN03+25ml 98%浓硫酸，在冰水浴中搅拌，搅拌过程中缓慢加入3gKMn04。加完后将日系升温至35°C，搅拌60min，然后加入400ml水，此时体系约升温至95°C，将水浴升温至95°C，继续搅拌30min后再加水100ml，并随后滴加3ml双氧水，体系变为棕黄色。将体系趁热过滤，用约10ml蒸饱水洗涤滤饼，可以得到氧化石墨烯的膜。
[0015](2)将含有一定苯酚的水溶液加入到底部铺有氧化石墨烯膜的漏斗中，使水自然透过，收集处理后的滤液，用紫外-可见光谱仪测定其中苯酚的含量。
[0016]实施例二:含苯酚0.12%废水的处理
[0017](I)在1000ml的烧杯中加入0.5g碳粉+0.5gNaN03+25ml 98%浓硫酸，在冰水浴中搅拌，搅拌过程中缓慢加入3gKMn04。加完后将日系升温至35°C，搅拌60min，然后加入400ml水，此时体系约升温至95°C，将水浴升温至95°C，继续搅拌30min后再加水100ml，并随后滴加3ml双氧水，体系变为棕黄色。将体系趁热过滤，用约10ml蒸饱水洗涤滤饼，可以得到氧化石墨烯的膜。
[0018](2)将含有一定苯酚的水溶液加入到底部铺有氧化石墨烯膜的漏斗中，使水自然透过，收集处理后的滤液，用紫外-可见光谱仪测定其中苯酚的含量。
[0019]实施例三:含苯酚0.06%废水的处理
[0020](I)在100ml的烧杯中加入0.5g碳粉+0.5gNaN03+25ml 98%浓硫酸，在冰水浴中搅拌，搅拌过程中缓慢加入3gKMn04。加完后将日系升温至35°C，搅拌60min，然后加入400ml水，此时体系约升温至95°C，将水浴升温至95°C，继续搅拌30min后再加水100ml，并随后滴加3ml双氧水，体系变为棕黄色。将体系趁热过滤，用约10ml蒸馏水洗涤滤饼，可以得到氧化石墨烯的膜。
[0021](2)将含有一定苯酚的水溶液加入到底部铺有氧化石墨烯膜的漏斗中，使水自然透过，收集处理后的滤液，用紫外-可见光谱仪测定其中苯酚的含量。
【权利要求】
1.一种用于含酚废水处理的氧化石墨烯膜 其特征在于: 采用了一种改进的Humer法制备氧化石墨烯，在制备过程中，避免了繁琐的离心分离过程而直接获得氧化石墨烯膜。利用该膜脱除废水中的苯酚实验，结果表明采用这种方法制备的氧化石墨烯膜可以有效脱除废水中的苯酚，脱除率可达97%以上，且易于再生，每一氧化石墨烯膜可以重复利用5次而未发现有明显的性能降低。
2.如权利要求1所述，合成的步骤如下: 步骤1.将碳粉、浓硫酸、NaNCV混合后在冰水浴中搅拌，缓慢加入ΚΜη04。此后体系升温至35°C，搅拌一小时后加入蒸馏水。并将体系升温至于95°C后持续搅拌30min，然后再向体系中加入少量蒸馏水和双氧水。 步骤2.将步骤1得到的混合物过滤，固体可在滤纸上成膜； 步骤3.将步骤2所得的膜用作分离膜，用于苯酚的脱除。
【文档编号】C02F101/34GK104495808SQ201410712985
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】高建, 郭淳凯, 胡长乐, 谭小耀, 初园园, 卢素敏 申请人:天津工业大学