本发明涉及环境科学与工程
技术领域：
，更具体的说是涉及一种铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法及其应用。
背景技术：
：当前铅等重金属作为工业原料广泛应用于工业生产中，大部分以废气、废水、废渣等各种形式排放于环境中，造成大面积污染；环境中的无机铅及其化合物十分稳定，不易代谢和降解。铅对生命体机能无任何益处，是毒性最大，累积性极强的重金属之一，能够在人体内长期累积。如何有效解决铅污染问题是我国当前面临的重要任务。目前重金属的去除方法主要包括絮凝法、吸附法、电解法等，其中磁选法由于能实现吸附材料及重金属的回收利用成为目前的主流方法。但现有吸附剂对pb2+的吸附量都较少。因此，提供一种简单高效铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法及其应用是本领域技术人员亟需解决的问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供了一种铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法及其应用，克服了现有铅吸附材料吸附容量小、磁性材料难以应用酸性环境的局限性。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：(1)将氧化石墨烯(go)加入氮气除氧的纯水中，制成浓度为1g/l的溶液，超声20-40min，使其分散均匀；(2)将2.5-6g/lfecl3·6h2o、1.25-3g/lfeso4·7h2o加入步骤(1)所得的分散体系中，用氨水溶液调ph至9-11，在60～70℃下磁力搅拌反应1～2h，得到磁性氧化石墨烯(mgo)悬浮液；(3)制备浓度为15-40g/l的cacl2溶液；制备浓度为10-20g/l的k2hpo4溶液；(4)将步骤(3)制备的cacl2溶液加入步骤(2)所得磁性氧化石墨烯悬浮液中，搅拌均匀；cacl2溶液与步骤(1)纯水的体积比为1:10；再缓慢加入与cacl2溶液等体积的k2hpo4溶液，在60～70℃下磁力搅拌反应2～3h，反应过程用氨水维持反应体系ph为9-11；反应结束后洗涤干燥研碎，得到铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料(pmgo)。进一步，所述铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料在去除水中重金属离子的应用，具体步骤如下：取50份20～400mg/l的pb2+溶液，调整ph至1～7，加入0.005～0.25份磁性氧化石墨烯复合材料，在温度为25℃的摇床中以200rpm的速度振荡吸附2～3h，进行磁分离后利用原子吸收分光光度计测定溶液中的剩余重金属离子浓度，依据吸附材料质量、吸附前重金属离子浓度、吸附后重金属离子浓度计算出吸附容量。进一步，所述重金属离子为pb2+、cd2+、cu2+、zn2+、ni2+、cr3+、cr2o72-。进一步，所述铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料在去除水中重金属离子时，能够抗4000mg/lna+或4000mg/lca2+典型离子的干扰。氧化石墨烯，由于其表面丰富的官能团及在水中优越的分散性，可通过其他化合物将其进行改性以提供优良的性能；磷酸根离子能与环境中的重金属离子形成稳定的化合物，达到金属钝化剂的作用；钙离子可以与多种重金属离子发生离子交换。本发明通过将氧化石墨烯包被在磁铁表面，并在其表面利用钙离子及磷酸根离子进行改性，得到一种简单高效铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法及其应用，本发明的复合材料对pb2+具有很强的吸附能力，吸附容量能达到232.8mg/g；本发明的复合材料除了能对pb2+高效吸附外，对cd2+、cu2+、zn2+、ni2+、cr3+、cr2o72-也有良好的吸附性能；本发明的复合材料在去除水中重金属离子时能抗一定浓度na+、ca2+典型离子的干扰，能在自然水环境重金属离子的去除中得到实际应用；本发明的复合材料在酸性条件下稳定，且合成方法简单易行，易于分离回收，材料可重复利用。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1(1)将0.20g氧化石墨烯加入200ml氮气除氧的纯水中，超声分散30min；(2)将0.88gfecl3·6h2o、0.32gfeso4·7h2o加入步骤(1)所得溶液中，用氨水溶液调ph至10，在65℃下磁力搅拌反应1.5h，得到磁性氧化石墨烯(mgo)悬浮液。(3)将0.55gcacl2溶于20ml纯水中，得到cacl2溶液；将0.26gk2hpo4·3h2o溶于20ml纯水中，得到k2hpo4溶液；(4)将步骤(3)所得cacl2溶液加入步骤(2)所得磁性氧化石墨烯悬浮液中，搅拌均匀后，缓慢加入步骤(3)所得k2hpo4溶液，在65℃下磁力搅拌反应3h，反应过程用氨水溶液维持反应体系ph为10，反应后用纯水、酒精反复洗涤3遍，烘箱40℃进行干燥，用研钵将材料研至细小颗粒状，制得铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料(pmgo)。实施例2(1)将0.20g氧化石墨烯加入200ml氮气除氧的纯水中，超声分散20min；(2)将1.20gfecl3·6h2o、0.45gfeso4·7h2o加入步骤(1)所得溶液中，用氨水溶液调ph至9，在70℃下磁力搅拌反应2h，得到磁性氧化石墨烯(mgo)悬浮液。(3)将0.74gcacl2溶于20ml纯水中，得到cacl2溶液；将0.35gk2hpo4·3h2o溶于20ml纯水中，得到k2hpo4溶液；(4)将步骤(3)所得cacl2溶液加入步骤(2)所得磁性氧化石墨烯悬浮液中，搅拌均匀后，缓慢加入步骤(3)所得k2hpo4溶液，在70℃下磁力搅拌反应2.5h，反应过程用氨水溶液维持反应体系ph为9，反应后洗涤干燥研碎，制得铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料(pmgo)。实施例3(1)将0.2g氧化石墨烯加入200ml氮气除氧的纯水中，超声40min，使其分散均匀；(2)将0.50gfecl3·6h2o、0.25gfeso4·7h2o加入步骤(1)所得的分散体系中，用氨水溶液调ph至11，在65℃下磁力搅拌反应1.5h，得到磁性氧化石墨烯(mgo)悬浮液；(3)将0.30gcacl2溶于20ml纯水中，得到cacl2溶液；将0.20gk2hpo4·3h2o溶于20ml纯水中，得到k2hpo4溶液；(4)将步骤(3)所得cacl2溶液加入步骤(2)所得磁性氧化石墨烯悬浮液中，搅拌均匀后，缓慢加入步骤(3)所得k2hpo4溶液，在65℃下磁力搅拌反应3h，反应过程用氨水维持反应体系ph为11，反应后洗涤干燥研碎，制得铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料(pmgo)。实施例4性能评价取50ml300mg/l的pb2+溶液，调整ph至4，加入0.05g磁性氧化石墨烯复合材料，在25℃、200rpm下的摇床中振荡吸附2h，磁分离后取上清溶液，检测剩余的pb2+浓度，依据吸附材料质量、吸附前后pb2+，计算出pb2+吸附容量。表1实施例1-3中磁性氧化石墨烯复合材料的pb2+吸附容量实施例实施例1实施例2实施例3pb2+吸附容量207.89mg/g243.58mg/g223.17mg/g对pb2+吸附容量最高的实施例2的磁性氧化石墨烯复合材料进行其他性能的评价。其他常见重金属离子吸附容量的测定，实验方法与pb2+吸附容量的测定完全相同。实验结果见表2。表2实施例2中磁性氧化石墨烯复合材料对其他常见重金属离子的吸附容量表2结果表明，该磁性氧化石墨烯复合材料除了能对pb2+高效吸附外，对cd2+、cu2+、zn2+、ni2+、cr3+、cr2o72-也有较好的吸附性能。表3矿化度对实施例2中磁性氧化石墨烯复合材料pb2+吸附容量的影响表3结果表明，在4000mg/lna+或ca2+存在时，磁性氧化石墨烯复合材料对pb2+吸附容量仍然很大，ca2+的影响略大于na+，该复合材料能在普通工业废水及生活污水中进行应用。对比例1碳酸盐包覆的na活化壳聚糖材料的制备方法，具体步骤如下：(1)将0.20g壳聚糖加入200ml氮气除氧的纯水中，滴加0.01mol/l的hno3直至壳聚糖在水中完全溶解，超声30min；(2)将0.68gnano3加入步骤(1)所得溶液中，用氨水溶液调ph至10，在65℃下磁力搅拌反应1.5h，得到na活化的壳聚糖(na-cs)悬浮液；(3)将0.84gna2co3溶于20ml纯水中，得到na2co3溶液；将na2co3溶液缓慢加入步骤(2)所得na-cs悬浮液中，缓慢搅拌，在65℃条件下磁力搅拌反应3h，反应过程用氨水溶液维持反应体系ph为10，反应后用纯水、酒精反复洗涤3遍，烘箱40℃进行干燥，用研钵将材料研至细小颗粒状，制得碳酸盐包覆的na活化壳聚糖材料。对比例2硫酸铁改性生物炭吸附材料的制备方法，具体步骤如下：(1)将0.50g橘子皮在马弗炉中400℃高温处理2h，反复用纯水、酒精洗涤3遍，烘箱40℃进行干燥，制备出一种以橘子皮为原料的生物炭材料；(2)将0.20g步骤(1)所得橘子皮生物炭材料加入至200ml氮气除氧的纯水中，超声分散30min；(3)将0.54gfecl3·6h2o加入步骤(2)所得分散液中，用氨水溶液调ph至10，在65℃下磁力搅拌反应1.5h，得到fe3+改性的生物炭悬浮液；(4)将0.52gna2so4溶于20ml纯水中，得到na2so4溶液；将na2so4溶液缓慢加入步骤(3)所得fe3+改性的生物炭悬浮液中，缓慢搅拌，在65℃条件下磁力搅拌反应3h，反应过程用氨水溶液维持反应体系ph为10，反应后用纯水、酒精反复洗涤3遍，烘箱40℃进行干燥，用研钵将材料研至细小颗粒状，制得硫酸铁改性生物炭吸附材料。将本发明实施例2制备的铅吸附磁性氧化石墨烯复合材料与对比例1-2制备的铅吸附性能进行评价(评价方法同上)，结果见表4。表4不同复合材料的铅吸附性能对比组成成分实施例2对比例1对比例1pb2+吸附容量243.58mg/g37.34mg/g87.14mg/g对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12