用于处理染料废水的纳米吸附剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及染料废水处理，具体是一种处理染料废水的纳米吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

染料废水广泛存在于我们的生产生活中。染料废水的排量很大，处理困难。此外染料废水还具有色度较大、比较难脱色、水质变动较大等特点，其中含有的偶氮染料更是具有致癌的效果，严重污染水体，危害人们的健康。除此之外，染料废水排放到环境中对各种生物的生长、水体自身的净化功能、土壤微生物的生长以及水体自身的景观效应都有影响。

目前染料废水的处理方法有生物化学法和物理化学法，其中生物化学法主要包含好氧及厌氧两种方法，物理化学法则主要包含吸附和降解两种方法。吸附法和降解法是当前工业上广泛采用的染料废水处理方法。目前常用的吸附材料有天然矿物、蔗糖、煤渣、甲壳质、活性炭、蛋白质等。其中的一些天然吸附物质虽然具有容易获得、成本低廉、吸附过程简便易行等优点，但是吸附效果往往达不到要求。

现有处理染料废水的技术中最普遍采用的是活性炭吸附技术，但是在应用中发现活性炭微孔多，大中孔不足，对大分子疏水性染料去除困难、脱色效果差、成本高等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于处理染料废水的纳米吸附剂及其制备方法和应用。

本发明提供的一种处理染料废水的纳米吸附剂，是采用聚乙烯吡咯烷酮(pvp)与氧化石墨烯材料合成的功能化石墨烯材料(pvp-gns)，具体通过包括如下步骤的方法制得：

将pvp、氧化石墨烯、二次水、置于容器中，搅拌3-30分钟，搅拌过程中加入氨水和水合肼；其中所述的氧化石墨烯、pvp、氨水、水合肼和二次水的质量比为1:2.5-3.5:100-200:10-20:6500-8500(优选1:3:160:12:7828)；然后在40-80℃(优选65℃)下反应2-5小时(优选4小时)，然后冷却到室温，在11000-13000rpm下离心15-30分钟；得到的固体用二次水洗涤两次，再加入二次水制成pvp-gns混悬液。

与现有技术相比本发明的有益效果：

石墨烯具有较大的比表面积(理论值高达2630m²·g^－1)，这使其在吸附方面的应用具备了巨大的潜力和天然的优势。但是墨烯片层间容易产生不可逆的凝聚，使其比表面积大打折扣。因此需对其进行化学改性，进一步提高吸附性能。本发明采用的是氧化石墨烯,将其还原后失去含氧官能团，然后使还原的石墨烯与pvp结合，既能保护还原的石墨烯不聚，又能提高其对染料的吸附性能。氧化石墨烯和石墨烯作为碳纳米材料具有化学性质稳定、可大规模生产、反应活性高和有大的比表面积等优点，在废水处理方面有很高的实用价值。

聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，是一种水溶性化合物。pvp具有优异的溶解性能，与很多染料具有良好的亲和力。本发明利用的是pvp与染料分子之间的结合特性，pvp与染料分子间的缔合作用主要来自分子间力和氢键。

当用pvp对石墨烯进行功能化改进时，所得的功能化石墨烯复合材料同时具备了石墨烯和pvp各自的性质，而且还提高了石墨烯在水中的稳定性。

本发明采用聚乙烯吡咯烷酮(pvp)与氧化石墨烯材料合成的功能化石墨烯材料(pvp-gns)，具有对废水中染料吸附率高、脱色处理效果好、化学性质稳定、可回收利用等优点。

附图说明

图1：酸性红73(asg)与本发明制备的吸附剂(pvp-gns)吸附处理前后的紫外-可见光谱图。

图2：刚果红(cr)与本发明制备的吸附剂(pvp-gns)吸附处理前后的紫外-可见光谱图。

图3：孔雀石绿(mg)与本发明制备的吸附剂(pvp-gns)吸附处理前后的紫外-可见光谱图。

图4：碱性品红(fbi)与本发明制备的吸附剂(pvp-gns)吸附处理前后的紫外-可见光谱图。

具体实施方式

实施例1pvp-gns吸附剂的制备：

首先将7.5ml浓度为1mg/ml的pvp水溶液加入到三角瓶中，然后把2.5ml浓度为1mg/ml的氧化石墨烯水溶液加入，再加入9.57ml的水，为使其混匀，需置于磁力搅拌器上搅拌，搅拌时间为20分钟，搅拌过程中加入400μl氨水，30μl水合肼。把上述装有混合溶液的三角瓶放入水浴锅中，将水浴锅调节为65℃，水浴时间为4小时。水浴过后冷却到室温，将其分装入10个2ml的离心管中，在12000rpm下离心25分钟，得到的固体用二次水洗涤两次。最后加二次水2.5ml定容到2.5ml浓度为1mg/ml的pvp-gns混悬液。

实施例2pvp-gns与酸性红73(asg)溶液的吸附脱色：

在40℃下，取0.5ml浓度0.025mg/ml的asg加入到容积为2ml的管中，再向其中加入0.5ml浓度1mg/ml的pvp-gns混悬液，然后再向离心管中加入ph为7的pbs缓冲溶液1ml，混匀后反应25分钟。将离心机的转速调节为12000rpm，离心时间为25分钟，离心后取上清液测定其吸光度(见图一)。根据所得数据知asg的脱色率为92.37％。

实施例3pvp-gns与刚果红(cr)溶液的吸附脱色：

在40℃下，取0.5ml浓度0.025mg/ml的cr加入到容积为2ml的管中，再向其中加入0.24ml浓度1mg/ml的pvp-gns混悬液，然后再向离心管中加入ph为9的pbs缓冲溶液1.26ml，混匀后反应20分钟。将离心机的转速调节为12000rpm，离心时间为25分钟，离心后取上清液测定其吸光度(见图二)。根据所得数据知cr的脱色率为93.01％。

实施例4pvp-gns与孔雀石绿(mg)溶液的吸附脱色：

在40℃下，取0.5ml浓度0.025mg/ml的mg加入到容积为2ml的管中，再向其中加入0.5ml浓度1mg/ml的pvp-gns混悬液，然后再向离心管中加入ph为5的pbs缓冲溶液1ml，混匀后反应20分钟。将离心机的转速调节为12000rpm，离心时间为25分钟，离心后取上清液测定其吸光度(见图三)。根据所得数据知mg的脱色率为91.68％。

实施例5pvp-gns与碱性品红(fbi)溶液的吸附脱色：

在40℃下，取0.5ml浓度0.025mg/ml的fbi加入到容积为2ml的管中，再向其中加入0.6ml浓度1mg/ml的pvp-gns混悬液，然后再向离心管中加入ph为7的pbs缓冲溶液0.9ml，混匀后反应20分钟。将离心机的转速调节为12000rpm，离心时间为25分钟，离心后取上清液测定其吸光度(见图四)。根据所得数据知fbi的脱色率为90.71％。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种用于处理染料废水的纳米吸附剂，通过包括如下步骤的方法制得：将PVP、氧化石墨烯、二次水、置于容器中，搅拌3‑30分钟，搅拌过程中加入氨水和水合肼；其中所述的氧化石墨烯、PVP、氨水、水合肼和二次水的质量比为1:2.5‑3.5:100‑200:10‑20:6500‑8500；然后在40‑80℃下反应2‑5小时，然后冷却到室温，在11000‑13000rpm下离心15‑30分钟；得到的固体用二次水洗涤两次，再加入二次水制成PVP‑GNS混悬液。本发明吸附剂，化学稳定性高，可回收利用，成本较低，吸附脱色效果优良，在染料废水脱色领域具有良好的应用前景。

技术研发人员：刘志广;郭玉晶;韩丽君
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：2017.05.19
技术公布日：2017.09.08