一种重金属吸附剂的制备和应用
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种氧化石墨复合物重金属吸附剂的制备和应用。
【背景技术】：
[0002] 工业的发展带来的是财富也是各种隐患。其中重金属污染以严重影响到人类的生 活。因此，对重金属废水的净化处理已成为环境保护中亟待解决的问题之一。吸附法是处 理重金属污染的一个重要手段，目前已有的重金属吸附剂有无机吸附材料如活性炭、蛭石、 膨润土等，有机吸附材料纤维素及其改性产物、壳聚糖等。这些吸附材料存在重金属吸附性 能有限、机械性能不好等缺点。
[0003] 氧化石墨因其独特的力学性能、热性能和高的比表面积，近年来受到化学、物理、 材料、能源、环境等领域的极大重视。氧化石墨本身具有许多羧基，羟基以及环氧基等基团， 对重金属具有很强的络合能力，且价格低廉。
[0004] 虽然氧化石墨及其复合物也有报道用于重金属吸附，但也存在重金属吸附性能有 限、机械性能不好等缺点。本领域的技术人员也一直在寻找有利提高氧化石墨在重金属吸 附方面性能的产品，但很多材料的选用仍是在摸索中。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的旨在提供一种重金属吸附剂的制备方法，可有效地提高氧化石墨材 料对重金属的吸附作用，且还具有良好的机械性性能。
[0006] 本发明的另一目的是考察该吸附剂对重金属镉和锰离子的去除效果。
[0007] 本发明的技术方案是，将丙烯酸钠单体加入到氧化石墨水分散液中，丙烯酸钠单 体与氧化石墨的质量比为20~40 : 1~15,经聚合反应，得到含聚丙烯酸钠-氧化石墨复 合物水分散液；然后聚乙烯多胺水溶液加入到聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物水分散液中， 在75°C~85°C下搅拌得到聚丙烯酸钠-聚乙烯多胺-氧化石墨复合物水凝胶重金属吸附 剂；聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物与聚乙烯多胺的质量比为1 : 10~50。
[0008] 聚合反应过程中优选以过硫酸铵或过硫酸钾为引发剂。
[0009] 聚合反应过程时间优选为2~4小时。
[0010] 本发明优选在75°C~85°C下搅拌4~5小时
[0011] 本发明的氧化石墨是通过Hummers法制备，且通过冷冻干燥分离得到的。
[0012] 本发明的重金属吸附剂可有效的用于镉和/或锰离子的吸附。
[0013] 在以上方案的基础上，本发明具体的实施方法为：
[0014] 将丙烯酸钠（SA)单体加入到氧化石墨（GO)水分散液中，其中丙烯酸钠单体与氧 化石墨的质量比为20~40 : 1~15,以过硫酸铵（APS)或过硫酸钾（PPS)作为引发剂在 室温下搅拌2~4,得到聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物（PSA-GO)，然后将10 %~20 %聚乙 烯多胺（PEPA)水溶液加入到PSA-GO水分散液中，其中聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物与聚 乙烯多胺的质量比为1 : 10~50,在75°C~85°C下搅拌4~5小时，得到聚丙烯酸钠-聚 乙烯多胺-氧化石墨水凝胶（PSA-PEPA-GO)，即本发明中所述的重金属吸附剂。
[0015] 本发明的材料通过聚丙烯酸钠和聚乙烯多胺两种聚合物的引入，且两者共同作用 与氧化石墨形成的复合材料可大大提高了对重金属离子的吸附点；以PSA-PEPA-G0为吸附 剂对不同浓度的镉和锰离子进行吸附试验。吸附剂浓度为Ig. Γ1，重金属离子浓度10~ 400mg. L-1，温度为293K、303K、313K，吸附时间为5小时。发明人惊喜的发现本发明的吸附剂 对镉和锰离子的吸附量分别可高达250. 6和174. 7mg/g，在大大高于一些氧化石墨材料吸 附剂对镉和锰离子的吸附量的同时，本发明的复合材料还同时具备有良好的机械性能。同 时，发明人通过实验发现，要控制形成本发明所要求达到材料聚乙烯多胺的加入量是要远 远高于相对于聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物的加入量。另外，发明人通过实验进一步发现， 聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物与聚乙烯多胺的质量比在1 : 20~30范围内可以达到最佳 的实施效果，若增加聚乙烯多胺的量则吸附效果虽还可以，但不会有实质的提升；若减少聚 乙烯多胺的量，使得聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物与聚乙烯多胺的质量比高于于1 : 10,则 吸附性能下降比较明显；若进一步增加聚乙烯多胺的量，使聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物 与聚乙烯多胺的质量比低于1 : 50,则机械性能则有较大的下降。
[0016] 综上所述，本发明中的吸附剂不仅制作方法简单，而且对重金属镉和锰离子具有 很好的去除效果。
【附图说明】
[0017] 图I. PSA-PEPA-G0的照片图。图中表明，本发明的重金属吸附剂具有良好的机械 柔性及压缩性能。
【具体实施方式】
[0018] 以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
[0019] 实施例1
[0020] (1)氧化石墨的制备
[0021] 取IOOmL 98%的浓硫酸，2g NaNCV混合，在冰水浴中缓慢加入4g石墨粉和12g的 KMnO4，一个小时内加完，混合均匀后撤去冰水浴反应半小时，再用沸水浴，缓慢加入180mL 二次水恒温搅拌20分钟。最后向混合物中加入550mL二次水。用30%的H2O2消耗掉未反 应的KMnO 4。用二次水充分洗涤混合物，至上清液中无硫酸根。将氧化石墨放入超低温冰箱 中冷冻，氧化石墨冻成固体后放入抽真空冷冻干燥仪中干燥至完全去除水分。
[0022] (2)丙烯酸钠-聚乙烯多胺-氧化石墨水凝胶（PSA-PEPA-G0)制备
[0023] 将0· 033g丙烯酸钠（SA)单体加入到0· 8mL 5mg/mL的氧化石墨（GO)水分散液中， 0.0 lg过硫酸铵（APS)作为引发剂在室温下搅拌3小时，得到聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物 (PSA-GO)，然后将5mL 0.2g/mL聚乙烯多胺（PEPA)水溶液加入到上述PSA-GO水分散液中， 在80°C搅拌5小时，得到聚丙烯酸钠-聚乙烯多胺-氧化石墨水凝胶（PSA-PEPA-G0)，即本 发明中所述的重金属吸附剂。
[0024] (3)吸附性能的测定
[0025] PSA-PEPA-G0为吸附剂对重金属镉和锰离子进行吸附试验。重金属溶液的浓度 分别为 AOOmg.L1、300mg.L、200mg.L、lOOmg.L、70mg.L、50mg.L \30mg. L'lOmg. L-1，吸附剂浓度为lg. L-1，温度分别为293K、303K、313K，吸附时间为5小时。模拟 Langmuir吸附等温线测其吸附量。PSA-PEPA-GO对镉和锰最大吸附量分别250. 6mg. g4和 174. 7mg. g、
[0026] 表1PSA-PEPA-G0对Cd(II)和（Mn(II)吸附的Langmuir等温模型的吸附常数
【主权项】
1. 一种重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，将丙烯酸钠单体加入到氧化石墨水分 散液中，经聚合反应，得到含聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物水分散液；然后聚乙烯多胺水溶 液加入到聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物水分散液中，在75°C~85°C下搅拌得到聚丙烯酸 钠-聚乙烯多胺-氧化石墨复合物水凝胶重金属吸附剂；聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物与 聚乙烯多胺的质量比为I: 10~50。
2. 根据权利要求1所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，聚合反应过程中过 硫酸铵或过硫酸钾为引发剂。
3. 根据权利要求1所述的重金属吸附剂，其特征在于，聚合反应过程时间为2~4小 时。
4. 根据权利要求1所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，在75°C~85°C下搅 拌4~5小时。
5. 根据权利要求1中所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，氧化石墨是通过 Hmnmers法制备，且通过冷冻干燥分离得到的。
6. 根据权利要求1所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，丙烯酸钠单体与氧 化石墨的质量比为20~40 : 1~15。
7. 根据权利要求1所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，聚丙烯酸钠_氧化石 墨复合物与聚乙烯多胺的质量比为1 : 20~30。
8. 权利要求1-7任一项所述的制备方法得到的重金属吸附剂的应用，其特征在于，将 所述重金属吸附剂用于镉和/或锰离子的吸附。
【专利摘要】本发明涉及一种氧化石墨复合物重金属吸附剂的制备和应用，将丙烯酸钠单体加入到氧化石墨水分散液中，丙烯酸钠单体与氧化石墨的质量比为20～40∶1～15，经聚合反应，得到含聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物水分散液；然后聚乙烯多胺水溶液加入到聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物水分散液中，在75℃～85℃下搅拌得到聚丙烯酸钠-聚乙烯多胺-氧化石墨复合物水凝胶重金属吸附剂；聚丙烯酸钠-氧化石墨复合物与聚乙烯多胺的质量比为1∶10～50。本发明重金属吸附剂在重金属废水处理方面有优异的性能。
【IPC分类】C02F101-20, B01J20-26, C02F1-28, B01J20-30
【公开号】CN104785221
【申请号】CN201510127871
【发明人】唐艳红, 刘洪涛, 许瑞, 刘承斌
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月23日