一种石墨烯/涤纶复合纤维及其制备方法和应用与流程

本发明涉及染料废水处理材料，具体是一种石墨烯/涤纶复合纤维及其制备方法，以及在染料废水处理中的应用。

背景技术：

染料废水是国内外公认的较难处理的工业废水之一，具有排放量大，成分复杂，处理难度大的特点。此外染料废水还具有色度高、有机物含量高、难生物降解、多变化等特点。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。即使废水中残存的染料浓度很低，排入水体也会造成水体透光率和水体中气体溶解度的降低，影响水中各种生物的生长，从而破坏水体纯度和水生生物的食物链，最终将导致水体生态系统的破坏。加之纺织品的产量和质量有了大幅度的提高，染料正朝着抗光解、抗氧化和抗生物降解的方向发展。所有这一切都导致了染料废水的治理越来越难，染料废水对环境的污染越来越严重。

现有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。国内对染料废水以生物处理为主，但生物处理法对色度的去除率不高。染料分子细微的结构变化会影响脱色率，而不同的微生物对不同结构的染料去除率差别较大，染料浓度对脱色率也有一定影响，高浓度染料(染料本身有较强的生物毒性)会抑制微生物活性，影响脱色效果。因此，对于染料废水通常会用物理吸附的方法来降低色度。吸附法是将多孔性的固体物质与废水混合，把水中的污染物质吸附到固体外表，使污染物质得到去除的一种方法。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。其中活性炭的应用较其他材料来说更普遍，但是在应用中发现活性炭吸附具有对疏水性染料去除困难、脱附效果差等缺点。其他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、应用性高等优点，但是吸附效果往往达不到要求。因此，寻找有高化学稳定性和高比表面积的新型碳材料成为研究的热点。石墨烯具有较大的比表面积(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。但是石墨烯片层在水中容易产生不可逆的凝聚，使其比表面积大打折扣。因此需要找到防止石墨烯在水中凝聚的方法，最大程度地发挥其吸附性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种用于处理染料废水的石墨烯/涤纶复合纤维及其制备方法和应用，所述复合纤维能够防止石墨烯在水中聚集，发挥其大比表面积的优势，具备优良的染料吸附特性，同时克服石墨烯材料在吸附染料后难于与水分离的问题。

本发明提供的一种用于处理染料废水的石墨烯/涤纶复合纤维，具体通过如下步骤的方法制备获得：

1)将浓度为1-2mg/ml氧化石墨烯混悬液经化学还原得到黑色混悬液；

2)将涤纶纤维放入上述黑色混悬液中，涤纶纤维和黑色混悬液的质量比为1：20-40，浸泡2-3d后；将涤纶纤维取出清洗，晾干，得到石墨烯/涤纶复合纤维。

步骤1)中所述氧化石墨烯混悬液化学还原的条件可以是：

将氧化石墨烯混悬液置于容器中，搅拌3～5min，搅拌过程中加入氨水和水合肼；其中所述的氧化石墨烯、氨水、水合肼、水的质量比为1：9-11：3.5-4.5：850-1100(优选1：10：4：1000)，60℃水浴3.5h，得黑色混悬液。

步骤2)中涤纶纤维和黑色混悬液的质量比为1：30-35，浸泡时间2d。

本发明复合纤维用于处理染料溶液的方法：

将复合纤维置于染料溶液中，静置，用紫外-可见光谱检测溶液的色度变化，从紫外-可见光谱(见图1-4)中染料的吸收峰变化来衡量并计算吸附率。

与现有技术相比本发明的优点：

本发明采用涤纶纤维与石墨烯结合而构成复合纤维，具有对染料废水中染料吸附性强、稳定性高、吸附剂与水易分离的特点。涤纶纤维是一种合成纤维，其特点是亲水性差、染色性差、耐化学试剂，与石墨烯构成复合纤维材料，为石墨烯提供支撑，使石墨烯牢固地附着在上面，既防止石墨烯的凝聚，又有利于在吸附染料之后很轻易地与水分离。极性极小的涤纶分子链上无特定的染色基团，染料分子不易进入纤维，可以保证发挥石墨烯吸附染料的作用，同时使染料容易脱附，达到吸附剂回收再利用的目的。

附图说明

图1石墨烯/涤纶复合纤维处理碱性品红(fbi)溶液前后的紫外-可见光谱图

图2石墨烯/涤纶复合纤维处理孔雀石绿(mg)溶液前后的紫外-可见光谱图

图3石墨烯/涤纶复合纤维处理刚果红(cr)溶液前后的紫外-可见光谱图

图4吸附后回收的石墨烯/涤纶复合纤维处理孔雀石绿(mg)溶液前后的紫外-可见光谱图。

具体实施方式

实施例1

石墨烯/涤纶复合纤维的制备：

将0.45ml25％的氨水和0.18ml80％的水合肼分别加入45ml浓度为1mg/ml的氧化石墨烯混悬液中，混匀3～5min。60℃水浴3.5h，得黑色混悬液。冷却至室温后，将约0.15g已清洗晾干的涤纶纤维浸泡在5ml制备好的黑色混悬液中2d后。将涤纶纤维取出清洗，晾干，得到复合纤维。

实施例2

石墨烯/涤纶复合纤维与碱性品红(fbi)溶液的吸附脱色：

在常温下，配置5ml浓度为0.02mg/ml的碱性品红(fbi)溶液，加入一块复合纤维，震荡30min。取剩余溶液测定其吸光度(见图1)。根据所得数据计算fbi的脱色率为99.08％。

实施例3

石墨烯/涤纶复合纤维与孔雀石绿(mg)溶液的吸附脱色：

在常温下，配置5ml浓度为0.02mg/ml的孔雀石绿(mg)溶液，加入一块复合纤维，震荡30min。取剩余溶液测定其吸光度(见图2)。根据所得数据计算mg的脱色率为79.67％。

实施例4

石墨烯/涤纶复合纤维与刚果红(cr)溶液的吸附脱色：

在常温下，配置5ml浓度为0.02mg/ml的刚果红(cr)溶液，加入一块复合纤维，震荡30min。取剩余溶液测定其吸光度(见图3)。根据所得数据计算cr的脱色率为55.96％。

实施例5

脱吸附的石墨烯/涤纶复合纤维与孔雀石绿(mg)溶液的吸附脱色：

在常温下，配置5ml浓度为0.02mg/ml的孔雀石绿(mg)溶液，加入一块使用一次后脱吸附的石墨烯/涤纶复合纤维，震荡30min。取剩余溶液测定其吸光度(见图4)。根据所得数据计算mg的二次脱色率为67.26％。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种石墨烯/涤纶复合纤维及其制备方法和应用，通过以下步骤的方法制备获得：1)将浓度为1‑2mg/mL氧化石墨烯混悬液经化学还原得到黑色混悬液；2)将涤纶纤维放入上述黑色混悬液中，涤纶纤维和黑色混悬液的质量比为1：20‑40，浸泡2‑3d后；将涤纶纤维取出清洗，晾干，得到石墨烯/涤纶复合纤维。本发明复合纤维稳定性高，可回收利用，合成方法简单，染料脱色过程简单，运行成本低，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;董川;令狐亚琦;杨鑫月;南楠;康雅婧
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：2018.05.16
技术公布日：2018.10.16