一种可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法与流程

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术：

20世纪50年代到21世纪初，随着工业的进步，尤其是在采矿和核能工业，产生大量的剧毒的长寿型放射性或高毒性的核素。这些核素不仅对环境有巨大的污染，而且可以长期威胁人类健康。核废水中包含大量的放射性或高毒性的阳离子和阴离子，其中常见的放射性或高毒性的阳离子包括⁹⁰Sr²⁺、¹³⁷Cs⁺、Cu²⁺和Pb⁴⁺等；常见的放射性或高毒性的阴离子包括^131/129I^-、Br^-、PO₄^3-和S^2-等。现如今，各种各样的吸附剂被广泛地研究并用于吸附核废水中的放射性或高毒性的污染物，如天然无机阳离子交换剂：粘土与沸石；合成无机阳离子交换剂：合成云母、γ-磷酸锆、铌酸盐分子筛和钛酸盐。然而，绝大多数吸附剂通常只能单一的吸附核废水中的阳离子或阴离子且吸附容量低。因此，发展具有高效共捕捉核废水中的放射性或高毒性的阳离子和阴离子能力的吸附剂是亟需的。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯(Ag₂O/GO)复合材料的制备方法，以解决现有的吸附剂只能单一的吸附核废水中的阳离子或阴离子且吸附容量低的问题。

本发明提供的一种可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法，利用氨基酸作为连接剂和桥接剂，将无机纳米材料氧化银粒子有效负载到氧化石墨烯表面，以制备具有共捕捉核废水中的放射性或高毒性的阳离子和阴离子能力的氧化银/氧化石墨烯复合材料。

可选地，包括如下步骤：

将硝酸银加入到水中，并均匀搅拌获得硝酸银溶液，其中，所述硝酸银溶液的浓度为0.001-2mol/L；

将氧化石墨烯采用分散方法分散到蒸馏水中，获得均一的氧化石墨烯分散液，其中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.01-50mg/ml；

分别取等体积的银络合溶液和氧化石墨烯分散液于烧杯中，并超声分散5-120min，在对所述烧杯中的混合物进行超声分散的同时向所述烧杯中逐滴加入浓度为0.05-10mol/L的氢氧化钠溶液，以调节pH至8-14，获得氧化银/氧化石墨烯悬浮液；

将所述氧化银/氧化石墨烯悬浮液转入至反应釜中，并进行水热处理，获得氧化银/氧化石墨烯水凝胶；

对所述氧化银/氧化石墨烯水凝胶进行多次水洗，以去除其中多余的氢氧化钠，然后进行干燥处理1-100h以去除水分，获得所述的氧化银/氧化石墨烯复合材料。

可选地，所述分散方法为机械搅拌法、超声分散法、电场诱导法和表面修饰法中的任意一种。

可选地，所述干燥处理为自然干燥、真空干燥、临界点干燥、冷冻干燥和超临界干燥中的任意一种。

由上述技术方案可知，本发明提供的可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法，利用氨基酸作为连接剂和桥接剂制备所得的氧化银/氧化石墨烯复合材料不仅继承了氧化石墨烯有效吸附放射性或高毒性的阳离子Cs⁺的性能，而且还兼备了无机纳米粒子氧化银高效去除放射性或高毒性的阴离子I^-的特性，而且对其他有毒离子如Cu²⁺，Sr²⁺，Pb²⁺，PO4^3-，Br^-，S^2-等表现出优异的吸附能力，在核废水处理等水质净化方面具有广泛应用，对发展具高效共捕捉核废水中的放射性或高毒性的阳离子和阴离子的吸附剂具有重要的研究意义。本发明的制备方法工艺简单，反应条件温和，操作简易，原料来源广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明实施例所提供的一种可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法的工艺流程图；

图2是本发明实施例的氧化银/氧化石墨烯复合材料的扫描电子显微镜图；

图3是本发明实施例的氧化银/氧化石墨烯复合材料的透射电子显微镜图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供的一种可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法，利用氨基酸作为连接剂和桥接剂，将无机纳米材料氧化银粒子有效负载到氧化石墨烯表面，以制备具有共捕捉核废水中的放射性或高毒性的阳离子和阴离子能力的氧化银/氧化石墨烯复合材料。

图1是本发明实施例所提供的一种可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法的工艺流程图。参见图1，包括如下步骤：

步骤S1、将硝酸银加入到氨基酸溶液中，并均匀搅拌获得均一的银络合溶液，其中，所述银络合溶液的浓度为0.001-2mol/L；

步骤S2、将氧化石墨烯采用分散方法分散到蒸馏水中，获得均一的氧化石墨烯分散液，其中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.01-50mg/ml；

步骤S3、分别取等体积的银络合溶液和氧化石墨烯分散液于烧杯中，并超声分散5-120min，在对所述烧杯中的混合物进行超声分散的同时向所述烧杯中逐滴加入浓度为0.05-10mol/L的氢氧化钠溶液，以调节pH至8-14，获得氧化银/氧化石墨烯悬浮液；

步骤S4、将所述氧化银/氧化石墨烯悬浮液转入至反应釜中，并进行水热处理，获得氧化银/氧化石墨烯水凝胶；

步骤S5、对所述氧化银/氧化石墨烯水凝胶进行多次水洗，以去除其中多余的氢氧化钠，然后进行干燥处理1-100h以去除水分，获得所述的氧化银/氧化石墨烯复合材料。

本发明提供的可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法，利用氨基酸作为连接剂和桥接剂制备所得的氧化银/氧化石墨烯复合材料不仅继承了氧化石墨烯有效吸附放射性或高毒性的阳离子Cs⁺的性能，而且还兼备了无机纳米粒子氧化银高效去除放射性或高毒性的阴离子I^-的特性，而且对其他有毒离子表现出优异的吸附能力，如Cu²⁺，Sr²⁺，Pb²⁺，PO4^3-，Br^-，S^2-，在核废水处理等水质净化方面具有广泛应用，对发展具高效共捕捉核废水中的放射性或高毒性的阳离子和阴离子的吸附剂具有重要的研究意义。本发明的制备方法工艺简单，反应条件温和，操作简易，原料来源广泛且价格低廉。

其中，所述分散方法为机械搅拌法、超声分散法、电场诱导法和表面修饰法中的任意一种。

其中，所述干燥处理为自然干燥、真空干燥、临界点干燥、冷冻干燥和超临界干燥中的任意一种。

本发明所制备的氧化银/氧化石墨烯复合材料不仅对污水中的放射性或高毒性的阳离子Cs²⁺具有一定的吸附能力，而且还对污水中的阴离子I^-具有较高的吸附能力。

图2是本发明实施例的氧化银/氧化石墨烯复合材料的扫描电子显微镜图；图3是本发明实施例的氧化银/氧化石墨烯复合材料的透射电子显微镜图。参见图2和图3，可以看出，氧化银纳米颗粒负载到氧化石墨烯上。其中，氧化银纳米颗粒的尺寸大约为20nm左右。

下面针对本发明的可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法，提供了以下五个实施例。

实施例1

1、将硝酸银加入到氨基酸溶液中，并均匀搅拌获得均一的银络合溶液，其中，所述银络合溶液的浓度为0.001mol/L；

2、将氧化石墨烯采用分散方法分散到蒸馏水中，获得均一的氧化石墨烯分散液，其中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.01mg/ml；

3、分别取等体积的银络合溶液和氧化石墨烯分散液于烧杯中，并超声分散5min，在对所述烧杯中的混合物进行超声分散的同时向所述烧杯中逐滴加入浓度为0.05mol/L的氢氧化钠溶液，以调节pH至8，获得氧化银/氧化石墨烯悬浮液；

4、将所述氧化银/氧化石墨烯悬浮液转入至反应釜中，并进行水热处理，获得氧化银/氧化石墨烯水凝胶；

5、对所述氧化银/氧化石墨烯水凝胶进行多次水洗，以去除其中多余的氢氧化钠，然后进行干燥处理1h以去除水分，获得所述的氧化银/氧化石墨烯复合材料。

实施例2

1、将硝酸银加入到氨基酸溶液中，并均匀搅拌获得均一的银络合溶液，其中，所述银络合溶液的浓度为0.01mol/L；

2、将氧化石墨烯采用分散方法分散到蒸馏水中，获得均一的氧化石墨烯分散液，其中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1mg/ml；

3、分别取等体积的银络合溶液和氧化石墨烯分散液于烧杯中，并超声分散10min，在对所述烧杯中的混合物进行超声分散的同时向所述烧杯中逐滴加入浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液，以调节pH至9，获得氧化银/氧化石墨烯悬浮液；

4、将所述氧化银/氧化石墨烯悬浮液转入至反应釜中，并进行水热处理，获得氧化银/氧化石墨烯水凝胶；

5、对所述氧化银/氧化石墨烯水凝胶进行多次水洗，以去除其中多余的氢氧化钠，然后进行干燥处理10h以去除水分，获得所述的氧化银/氧化石墨烯复合材料。

实施例3

1、将硝酸银加入到氨基酸溶液中，并均匀搅拌获得均一的银络合溶液，其中，所述银络合溶液的浓度为0.1mol/L；

2、将氧化石墨烯采用分散方法分散到蒸馏水中，获得均一的氧化石墨烯分散液，其中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1mg/ml；

3、分别取等体积的银络合溶液和氧化石墨烯分散液于烧杯中，并超声分散20min，在对所述烧杯中的混合物进行超声分散的同时向所述烧杯中逐滴加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，以调节pH至10，获得氧化银/氧化石墨烯悬浮液；

4、将所述氧化银/氧化石墨烯悬浮液转入至反应釜中，并进行水热处理，获得氧化银/氧化石墨烯水凝胶；

5、对所述氧化银/氧化石墨烯水凝胶进行多次水洗，以去除其中多余的氢氧化钠，然后进行干燥处理20h以去除水分，获得所述的氧化银/氧化石墨烯复合材料。

实施例4

1、将硝酸银加入到氨基酸溶液中，并均匀搅拌获得均一的银络合溶液，其中，所述银络合溶液的浓度为1mol/L；

2、将氧化石墨烯采用分散方法分散到蒸馏水中，获得均一的氧化石墨烯分散液，其中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为10mg/ml；

3、分别取等体积的银络合溶液和氧化石墨烯分散液于烧杯中，并超声分散60min，在对所述烧杯中的混合物进行超声分散的同时向所述烧杯中逐滴加入浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，以调节pH至12，获得氧化银/氧化石墨烯悬浮液；

4、将所述氧化银/氧化石墨烯悬浮液转入至反应釜中，并进行水热处理，获得氧化银/氧化石墨烯水凝胶；

5、对所述氧化银/氧化石墨烯水凝胶进行多次水洗，以去除其中多余的氢氧化钠，然后进行干燥处理50h以去除水分，获得所述的氧化银/氧化石墨烯复合材料。

实施例5

1、将硝酸银加入到氨基酸溶液中，并均匀搅拌获得均一的银络合溶液，其中，所述银络合溶液的浓度为2mol/L；

2、将氧化石墨烯采用分散方法分散到蒸馏水中，获得均一的氧化石墨烯分散液，其中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为50mg/ml；

3、分别取等体积的银络合溶液和氧化石墨烯分散液于烧杯中，并超声分散120min，在对所述烧杯中的混合物进行超声分散的同时向所述烧杯中逐滴加入浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液，以调节pH至14，获得氧化银/氧化石墨烯悬浮液；

4、将所述氧化银/氧化石墨烯悬浮液转入至反应釜中，并进行水热处理，获得氧化银/氧化石墨烯水凝胶；

5、对所述氧化银/氧化石墨烯水凝胶进行多次水洗，以去除其中多余的氢氧化钠，然后进行干燥处理100h以去除水分，获得所述的氧化银/氧化石墨烯复合材料。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值并不限制本发明的范围。在这里示出和描述的所有示例中，除非另有规定，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

表1是本发明实施例的氧化银/氧化石墨烯复合材料对放射性或高毒性的阳离子Cs²⁺和阴离子I^-共捕捉吸附量及对其他阴阳离子的吸附数据，如Cu²⁺、Pb²⁺和Sr²⁺和阴离子Br^-、PO4^3-和S^2-。本发明实施例中，分别配制浓度为5.00mmol/L的CsI溶液、CuCl₂溶液、Pb(NO₃)₂溶液、SrCl₂溶液、NaBr溶液、Na₃PO₄溶液和Na₂S溶液，分别取上述7种溶液50mL于烧杯中，采用本发明的制备方法所制备的氧化银/氧化石墨烯复合材料30mg，分别放入7种溶液中，于室温下摇震24小时，进行吸附实验。接着取适量每一溶液的上清液，使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-IOS)进行对应溶液的阳离子和阴离子的浓度测试，其测试结果见表1。

表1氧化银/氧化石墨烯复合材料对放射性或高毒性的阳离子和阴离子的吸附数据

其中，

其中，CsI溶液是对其中的阳离子Cs⁺和阴离子I^-进行测试，CuCl₂溶液、Pb(NO₃)₂溶液和SrCl₂溶液是分别对其中的阳离子进行测试，NaBr溶液、Na₃PO₄溶液和Na₂S溶液是分别对其中的阴离子进行测试。

从表1中可以看出，本发明的制备方法所制备的氧化银/氧化石墨烯复合材料对放射性或高毒性的阳离子Cs²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺和Sr²⁺和阴离子I^-、Br^-、PO₄^3-和S^2-的吸附效果都比较明显。

本发明提供的可高效共捕捉放射性或高毒性的阴阳离子的氧化银/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其制备所得的氧化银/氧化石墨烯复合材料可高效共捕捉核废水中的放射性或高毒性的阳离子和阴离子

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。