一种n、s元素协同修饰石墨烯电极去除水中锰离子的方法
【专利摘要】本发明涉及一种N、S元素协同修饰石墨烯电极去除水中锰离子的方法，包括以下步骤：制备氮硫共掺杂石墨烯气凝胶、制备氮硫共掺杂石墨烯气凝胶纸电极、在三电极体系下通过纸电极对多种锰离子进行电吸附。本发明的有益效果是：氮硫共掺杂石墨烯气凝胶的制备方法简便易行，制备过程环保无污染，以这些材料修饰的电极对于水中锰离子的吸附效率高、速度快、操作简便，能够有效的去除水中的锰离子。
【专利说明】
-种N、S元素协同修饰石墨稀电极去除水中猛离子的方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种N、S元素协同修饰石墨締电极去除水中儘离子的方法，属于水处 理和材料合成领域。 技术背景
[0002] 儘是自然界中较丰富的元素之一，也是生物体所必需的微量元素之一。但水中若 含有过量的儘，将会使工业用水和生活饮用水的利用质量下降。含儘废水的主要来源是:钢 铁企业的外排废水，电解儘生产企业废水，儘矿石矿井污染水，黑色金属矿山、冶金、化工排 放的废水等。我国《生活饮用水卫生标准KGB5749-2006)规定:水中儘含量小于O.lmg/L即 不会对人体健康产生危害。当原水中儘的含量超过上述标准时，就要进行处理。
[0003] 对水中重金属的处理方法有很多种：电吸附、反渗透、化学沉淀法等。电吸附相对 于其他的水处理方法，具有无二次污染、能耗低、投资少、使用寿命长和易再生等优点，是一 种既经济又有效的方法。因此，电吸附技术是一种具有发展前途的废水处理技术。
[0004] 石墨締气凝胶作为一种新兴的优良吸附剂，具有比表面积大，吸附速度快，吸附容 量大，耐酸耐碱等优点，最主要是其再生方便，符合重金属废水处理要求，被广泛应用于水 的净化处理。本发明利用石墨締气凝胶的大比表面积W及高的电子转移率用于去除水中的 车孟离子。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是在于将N、S元素协同修饰石墨締电极应用于一个新的领域一电吸 附水中儘离子中。将氮硫共渗杂石墨締气凝胶制成吸附电极后能有效的吸附水中的儘离 子。
[0006] 本发明设及一种N、S元素协同修饰石墨締电极去除水中儘离子的方法，包括W下 步骤：
[0007] a、制备氮硫共渗杂石墨締气凝胶:将氧化石墨締超声分散于去离子水中，超声10 ~30min使其分散均匀。待其分散均匀后加入心半脫氨酸，揽拌使其分散均匀。然后将混合 液在95°C的条件下进行水浴加热2h。反应结束后，将反应产物置于蒸馈水中沉浸2~3天，然 后冷冻干燥，得到氮硫共渗杂石墨締气凝胶材料；
[000引b、制备氮硫共渗杂石墨締气凝胶纸电极:将步骤a制得的氮硫共渗杂石墨締气凝 胶与预先配制的聚乙締醇溶液混合，形成糊状的分散液，移取0.1~0.4mL的分散液均匀涂 抹于硬纸片上，冷冻干燥，得到氮硫共渗杂石墨締气凝胶纸电极；
[0009] C、电化学法去除水中儘离子:配制儘离子溶液，量取儘离子溶液置于电吸附容器 中，将步骤b中制得的氮硫共渗杂石墨締气凝胶纸电极对儘离子进行电吸附实验。电吸附儘 离子实验采用Ξ电极体系，W纸电极为工作电极，销片电极为对电极，甘隶电极为参比电 极。同时使用电导率仪实时监测溶液电导率的变化，当电导率保持不变时，即各纸电极吸附 达到平衡。
[0010]进一步，步骤曰中心半脫氨酸与氧化石墨締的质量比为3:1，反应溫度为95°C，反应 时间为2~地。
[001。 进一步，步骤C中电吸附水中的离子为Mn2+。
[0012] 本发明的有益效果是:氮硫共渗杂石墨締气凝胶的制备方法简便易行，制备过程 环保无污染，W运些材料修饰的电极对于水中儘离子的吸附效率较高、时间短、操作简便， 材料的电吸附性能与W往材料相比也有了大幅的提升。
【附图说明】
[0013] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0014] 图1为实施例一中制备的氮硫共渗杂石墨締气凝胶的红外谱图(FT-IR图）；
[001引图2为实施例二中溶液Mn2+初始浓度对Mn2+去除率的影响；
[0016] 图3为实施例Ξ中氮硫共渗杂石墨締气凝胶纸电极的吸附性能随再生次数的变 化。
【具体实施方式】
[0017] 现在结合具体实施例对本发明做进一步说明，W下实施例旨在说明本发明而不是 对本发明的进一步限定。
[0018] 在本发明详细叙述和实施例子中所示的儘离子去除率是按下述方法测定的：
式中，％R、Co、Ce分别表示Mn2+的去除率、初始浓度、平衡浓度。
[0019] 实施例一；
[0020] 制备氮硫共渗杂石墨締气凝胶纸电极包括W下几个步骤：
[0021] (1)将0.15g的氧化石墨締(GO)超声分散在lOOmL蒸馈水中，再加入0.45旨的心半脫 氨酸，机械揽拌使其充分混合，然后将混合液在95Γ的条件下进行水浴加热化。反应结束 后，将生成的产物沉浸于蒸馈水中2~3天，最后样品在-52°C冷冻干燥2地，得氮硫共渗杂石 墨締气凝胶。
[0022] (2)将90mg步骤（1)制得的氮硫共渗杂石墨締气凝胶材料加入2mL 4wt%的聚乙締 醇溶液，超声使复合材料在溶液里分散均匀。取0.16mL上述分散液均匀涂抹于35mm X 8mm的 硬纸片(厚400μπι)上，于-52°C冷冻干燥干燥12h，制成氮硫共渗杂石墨締气凝胶纸电极。
[0023] 实施例二：
[0024] 氮硫共渗杂石墨締气凝胶纸电极的制备过程与实施例一相同。
[0025] 将制备的渗氮石墨締气凝胶纸电极分别用于0.25、0.4、0.8、1、3和611^的胞2+溶液 的电化学处理，施加电压为0.3V，处理时间为2min，Mn2+的去除率见图2,可见渗氮石墨締气 凝胶材料对低浓度的Mn2+溶液有较好的吸附效果。
[0026] 实施例
[0027] 氮硫共渗杂石墨締气凝胶纸电极的制备过程与实施例一相同。
[0028] 对氮硫共渗杂石墨締气凝胶纸电极进行循环电吸附试验。将氮硫共渗杂石墨締气 凝胶纸电极置于80mL浓度为0.25mmol/L的Mn2+溶液中，施加电位-0.3V，并记录溶液电导率， 2min后再次记录溶液的电导率，计算去除率。随后撤去电位让其脱附，连续循环多次。实验 结果如图3所示。首次吸附Mn2+去除率为76%，在经过30次的循环使用后电极对Mn2+去除率 为74.7%，然后再继续进行电吸附循环实验，电吸附去除率逐渐下降，经过80次的循环使用 后去除率为69.5%。
【主权项】
1. 一种N、S元素协同修饰石墨烯电极去除水中锰离子的方法，其特征在于:步骤如下： a、 制备氮硫共掺杂石墨烯气凝胶：将氧化石墨烯超声分散于去离子水中，超声10~ 30min使其分散均匀。待其分散均匀后加入L-半胱氨酸，搅拌使其分散均匀。然后将混合液 在95°C的条件下进行水浴加热2h。反应结束后，将反应产物置于蒸馏水中沉浸2~3天，然后 冷冻干燥，得到氮硫共掺杂石墨烯气凝胶材料； b、 制备氮硫共掺杂石墨烯气凝胶纸电极:将步骤a制得的氮硫共掺杂石墨烯气凝胶与 预先配制的聚乙烯醇溶液混合，形成糊状的分散液，移取0.1~〇.4mL的分散液均匀涂抹于 硬纸片上，冷冻干燥，得到氮硫共掺杂石墨烯气凝胶纸电极； c、 电化学法去除水中锰离子:配制锰离子溶液，量取锰离子溶液置于电吸附容器中，将 步骤b中制得的氮硫共掺杂石墨烯气凝胶纸电极对锰离子分别进行电吸附实验。电吸附锰 离子实验采用三电极体系，以纸电极为工作电极，铂片电极为对电极，甘汞电极为参比电 极。同时使用电导率仪实时监测溶液电导率的变化，当电导率保持不变时，即纸电极吸附达 到平衡； d、 脱附再生使用后的电极:对于达到吸附饱和的氮硫共掺杂石墨烯气凝胶纸电极，撤 去电极上的电压后，溶液的电导率恢复至接近初始值，实现电极的脱附再生。2. 根据权利要求1所述一种N、S元素协同修饰石墨烯电极去除水中锰离子的方法，其特 征是:所述步骤a中L-半胱氨酸与氧化石墨烯的质量比为3:1，反应温度为95°C，反应时间为 2 ~4h〇3. 根据权利要求1所述一种N、S元素协同修饰石墨烯电极去除水中锰离子的方法，其特 征是:所述步骤c中电吸附水中的离子为Mn 2+。
【文档编号】C02F1/469GK105948191SQ201610520868
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】魏永, 徐斓, 赵威, 廖旭, 崔文怡, 王钰, 李如意, 吕晓港
【申请人】常州大学