一种锌/膨胀石墨复合材料的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锌/膨胀石墨复合材料的制备及其应用领域，特别涉及用于废水 处理的锌/膨胀石墨复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着近代工业化的发展，污染物排放引起的水体污染日益引起人们的重视，特别 是印染、重金属污染，在人均水资源占有量低于世界平均水平的我国，其受污染的程度紧密 影响着我们的人体健康，因此，水体污染特别是印染、重金属废水的治理问题亟待解决。目 前较为有效治理方法有化学反应法、生物分解法和吸附法。其中，吸附法具有脱除效率高、 速度快、富集功能强、不易造成二次污染等优点，成为近年来主要的治理方法。
[0003] 膨胀石墨作为一种廉价、疏松多孔的新型吸附材料，对水体污染物具有良好的吸 附效果。但膨胀石墨本身属于物理吸附，并且机械强度较低，易破碎，吸附状态不稳定，破碎 后，污染物易游离，脱附现象明显。
[0004] 本发明锌/膨胀石墨复合材料的制备方法，主要是将经过预处理的膨胀石墨放入 自制的电镀槽中进行电镀，在膨胀石墨表面形成一层单质锌镀层，使膨胀石墨获得较高的 强度；由于锌、碳之间存在电极电位差，废水中会形成微原电池，其中电位低的锌成为阳极， 电位高的碳成为阴极，利用锌碳内电解法进行废水处理，很好的增强了对废水的处理效果。 本发明既解决了膨胀石墨本身易破碎、机械强度低的问题、同时也改善了膨胀石墨物理吸 附易脱附的问题，扩大了它在水体污染治理方面的应用潜力。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种用于水体净化的锌/膨胀石墨复合材料及其制备方法，所述 锌/膨胀石墨复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0006] a.电镀液配制：将100~500g硫酸锌溶解在30ml浓硫酸中，用蒸馏水稀释至1.5L， 调整溶液PH在1~3的范围内，随后向该溶液中加入适量锌粉、1~5g维生素C、2~8g糖精、 0.1~lg十二烷基硫酸钠，混勾备用。
[0007] b.膨胀石墨预处理:实验室制备的膨胀倍率为300~390mL/g的膨胀石墨在200ml、 2~5mo1 /L的NaOH溶液中加热煮沸再保温10~15miη进行除油；洗至中性后将其放入烧杯 中，加入200g、98wt%的浓硫酸中加热煮沸再保温10~15min进行粗化;洗至中性后再放入 烧杯中，加入〇. 1~〇. 5mol/L的十二烷基苯磺酸钠中浸泡20~30min，洗至中性后抽滤，120 °C真空干燥箱中烘干待用。
[0008] c.锌/膨胀石墨复合材料的制备:将预处理完毕的膨胀石墨放入如图4所示电镀槽 的两隔板之间，在搅拌条件下与电镀液混合均匀，随后通入恒流电流2~8A，电镀10~30min 后取出。
[0009] d.镀后处理:将上述镀后膨胀石墨经过去氧水与去氧无水乙醇冲洗数次后放入真 空干燥箱中60°c烘干，即获得锌/膨胀石墨复合材料。
[0010] 本发明具有以下优点：
[0011] 1、本发明锌/膨胀石墨可广泛应用于多种水体污染的治理，尤其是重金属污染治 理。
[0012] 2、本发明能够在膨胀石墨表面形成一层锌镀层，由于锌、碳之间存在电极电位差， 废水中会形成微原电池，其中电位低的锌成为阳极，电位高的碳成为阴极，利用锌碳内电解 法进行废水处理，很好的增强了对废水的处理效果。
[0013] 3、本发明解决了膨胀石墨本身易破碎、机械强度低的问题，能够使膨胀石墨获得 较高的强度。
[0014] 4、本发明一种膨胀石墨成型的方法工艺过程简单可靠，容易控制;并且成本低廉， 适合规模化生产。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明锌/膨胀石墨复合材料对Cr6+的去除曲线图。
[0016]图2为本发明锌/膨胀石墨复合材料对Cd2+的去除曲线图。
[0017] 图3为本发明锌/膨胀石墨复合材料对Pd2+的去除曲线图。
[0018] 图4为本发明所用的自制电镀设备结构原理示意图。
[0019] 如图所示，其中1为直流电源;2为电镀液储槽;3为电镀液;4为蠕动栗;5、6为打满 1.5mm微孔的PVC隔板;7为搅拌装置;8为石墨阴极极板;9为锌片阳极极板；10为均匀散布膨 胀石墨的电镀液。
【具体实施方式】
[0020] 实施例1:
[0021] a.电镀液配制:将125g硫酸锌溶解在30ml浓硫酸中，用蒸馏水稀释至1.5L，调整溶 液PH= 2，随后向该溶液中加入适量锌粉、3.0g维生素C、4.0g糖精、0.5g十二烷基硫酸钠，混 匀备用。
[0022]b.膨胀石墨预处理:实验室制备的膨胀倍率为310~350ml/g的膨胀石墨在200ml、 3mo1/L的NaOH溶液中加热煮沸再保温15min进行除油；洗至中性后将其放入烧杯中，加入 200g、98wt%的浓硫酸中加热煮沸再保温15min进行粗化;洗至中性后再放入烧杯中，加入 0.3mol/L的十二烷基苯磺酸钠中浸泡30min，洗至中性后抽滤，120°C真空干燥箱中烘干待 用。
[0023]c.锌/膨胀石墨复合材料的制备:将预处理完毕的膨胀石墨放入如图4所示电镀槽 的两隔板之间，在搅拌条件下与电镀液混合均匀，随后通入恒流电流5A，电镀20min后取出。 [0024]d.镀后处理:将上述镀后膨胀石墨经过去氧水与去氧无水乙醇冲洗数次后放入真 空干燥箱中60°C烘干，即获得锌/膨胀石墨复合材料。
[0025]本发明锌/膨胀石墨复合材料与膨胀石墨的比较：
[0026]将已经制备好锌/膨胀石墨复合材料与膨胀石墨进行X射线荧光光谱(XRF)分析， 以观察镀后膨胀石墨元素的变化。通过X射线荧光光谱分析得到本发明制备的所述材料与 膨胀石墨所含元素种类及含量的对比（如表1)，结果表明：Zn的含量由0.00增长到17.23%， 即膨胀石墨表面成功镀上了 一层单质锌。
[0027]表1锌/膨胀石墨复合材料与膨胀石墨元素含量表
[0029]实施例2:
[0030]将本发明制备的锌/膨胀石墨复合材料进行Cr6+的去除率测验。取2.0g所述材料加 入到100ml模拟Cr6+浓度为50mg/L的弱酸性重金属污染废水中，分三组平行试验，将其放入 35°C的恒温振荡箱中进行反应，每隔一段时间取样测量水体中Cr6+浓度，得到所述材料的 Cr6+去除曲线。从图1中可以看出：本发明制备的所述材料对六价铬具有很好的去除效果，2h 后即可实现97%以上的去除率。
[0031] 实施例3:
[0032]将本发明制备的锌/膨胀石墨复合材料进行Cd2+的去除率测验。取2.0g所述材料加 入到100ml模拟Cd2+浓度为50mg/L的弱酸性重金属污染废水中，分三组平行试验，将其放入 35°C的恒温振荡箱中进行反应，每隔一段时间取样测量水体中Cd2+浓度，得到所述材料的 Cd2+去除曲线。从图2中可以看出：本发明制备的所述材料对六价铬具有很好的去除效果，2h 后即可实现93%以上的去除率。
[0033]实施例4:
[0034]将本发明制备的锌/膨胀石墨复合材料进行Pb2+的去除率测验。取2.0g所述材料加 入到100ml模拟Pb2+浓度为50mg/L的弱酸性重金属污染废水中，分三组平行试验，将其放入 35°C的恒温振荡箱中进行反应，每隔一段时间取样测量水体中Pb2+浓度，得到所述材料的 Pb2+去除曲线。从图3中可以看出：本发明制备的所述材料对六价铬具有很好的去除效果，2h 后即可实现91 %以上的去除率。
[0035]以上所述的具体实施例对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种锌/膨胀石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤： 1) 电镀液配制 2) 膨胀石墨预处理 3) 锌/膨胀石墨复合材料的制备 4) 镀后处理。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中加入1~5g维生素C、2~8g糖精、 0.1~lg十二烷基硫酸钠的添加剂。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)活化过程所用的活化液为0.1~ 0.5mol/L的十二烷基苯磺酸钠，并浸泡20~30min。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)膨胀石墨电镀过程中通入恒流电流 2~8A,电镀时间为10~30min。5. 根据权利要求1所述的制备方法得到的锌/膨胀石墨复合材料在水体污染治理方面 特别是印染、重金属废水处理方面的用途，其特征在于能在膨胀石墨表面形成一层锌镀层， 利用锌碳内电解法进行废水处理。
【专利摘要】本发明涉及一种锌/膨胀石墨复合材料的制备及其应用领域，特别涉及用于水体净化的锌/膨胀石墨复合材料的制备方法；其特征在于本发明是将实验室制得的膨胀石墨经过去油、粗化、活化处理后进行电镀，在其表面形成一层零价锌镀层，使膨胀石墨获得较高的强度，同时由于锌、碳之间存在电极电位差，废水中会形成微原电池，利用锌碳内电解法进行废水处理，很好的增强了对废水的处理效果。本发明既解决了膨胀石墨本身易破碎、机械强度低的问题、同时也改善了膨胀石墨物理吸附易脱附的问题，增强了它在水体污染治理方面的应用潜力。
【IPC分类】C02F1/62, C25D5/54, C25D15/00, C25D3/22, C02F1/461
【公开号】CN105463543
【申请号】CN201510885910
【发明人】焦春磊, 林爱军, 邹德勋, 张建军, 林立峰, 李俊, 何相磊
【申请人】北京化工大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月4日