膨胀石墨吸附挥发性有机物及其废弃物资源化处置方法与流程

本发明属于挥发性有机物治理领域，具体涉及膨胀石墨吸附挥发性有机物及其废弃物资源化处置方法。

背景技术：

挥发性有机物，简称vocs，是一类分布广、环境污染严重的气态有机物，其种类繁多、毒性大，有致畸、致突变和致癌的风险，能引起头晕、恶心、乃至危及生命。此外，vocs会引起光化学烟雾、臭氧层破坏等环境问题。随着工业化进程推进，vocs排放量与日俱增，其危害作用日趋严重。为此，研发经济、高效的vocs治理技术已刻不容缓。目前，可用于工程的vocs治理技术主要有吸收、吸附、冷凝、燃烧、光催化氧化、生物降解、膜分离技术和低温等离子体处理技术等。

吸收是用对vocs溶解性好的溶剂从气体中将其捕获，从而使废气得以净化，但该技术存在吸收溶剂易于挥发、会造成二次污染的缺陷；冷凝是低温条件下，使vocs由气态转化为液态，但某些vocs污染物不易液化，致使处置效率欠佳；吸附是普遍使用的vocs处置技术，其能快速削减vocs浓度、工程处置效果佳，但其存在吸附剂易饱和，吸附剂后续再生处置繁琐等问题，且难胜任较高浓度vocs的处置；蓄热式燃烧和催化燃烧能够实现vocs高效去除，但该技术存在系统构建费用大、处理成本高的缺陷；光催化技术是在紫外光和纳米催化剂的协同作用下，可较好实现有机物的化学矿化，但该技术处置效率偏低，仅仅适合低浓度vocs处理，此外其还存在催化剂再生和紫外灯管无害化处置的工程难题；生物降解借助微生物可实现有机物的生物矿化，其运行稳定、处置成本低廉，但该技术存在微生物对vocs类别耐受性差、微生物培养和系统维护要求高、且有异味存在的缺陷；用于气体分离的膜分离技术对vocs的应用处置尚需探究，膜类别选用、系统构建、处置效能评价还需深度研究；低温等离子体技术具有设备投资少、工艺简单、能耗低、常温常压下操作、处理效果好等优点，有机化合物可矿化为co2、co和h2o，但其处理过程中会产复杂的中间产物以及有臭氧残留，依然有污染风险，当vocs浓度较大时易于发生爆炸事故，继而危及生产和生命健康，且其亦不能实现vocs彻底去除。此外，有学者提出采用液相化学氧化和高级氧化处理vocs，如fenton氧化、过硫酸盐氧化、臭氧氧化能有效实现有机物矿化，其能使有机物矿化为co2、h2o、no3^-、so4^2-等小分子物质；也能使有机物化学结构、组分、理化性能和生化处置特性发生变化，故而其可预期实现挥发性有机物有效处置，但液相化学氧化和高级氧化需要大量化学药剂投加、故而vocs处置成本高，此外还必须考虑化学氧化液的废水处理，故而系统较为复杂、构建成本较高。目前从总体上来看，上面所述vocs治理技术在不同程度上存在工程应用普适性差、处理费用高，吸附剂和催化剂再生利用不经济、废弃物有效处置难等缺陷。

从工业企业vocs处置工程现状看，与其他处置技术相比，吸附处置如活性炭吸附、生物炭吸附和多孔分子筛吸附，作为单独或融合技术，是vocs污染治理通常要纳入考虑的范畴，但该技术主要缺陷是吸附剂吸附容量低，处理费用、系统维护费用和吸附剂再生费用高，以及作为危险废物管理的吸附废弃物监管和处置难，为此众多学者和工程技术人员在此领域开展了诸多研究。专利cn108246259a公开了一种吸附vocs的生物炭材料制备方法，其将生物质废弃物粉碎，然后在酸或碱或盐溶液中浸泡，最后经干燥和高温碳化制备了多孔网络结构、大比表面积的生物炭，其吸附vocs的性能优异，该技术虽能实现生物质废弃物资源化利用，但其依然存在生物炭材料吸附vocs废弃后的处置难题。专利cn104874354a提及了一种挥发性有机物石墨烯吸附薄膜的制备方法，其将石墨烯薄膜在无机溶液中浸泡、表面负载铋锌金属、有机溶液浸泡和焙烧处理等处理后，制得了高吸附容量、高处理效率的石墨烯薄膜，其可用于高毒性、低浓度、流动性强的有机废气处理，但该石墨烯薄膜表面吸附活性点位少、难再生，其工程应用价值不大。公开号为cn104874354a的专利提及以间氨基苯硼酸、对氨基苯硼酸、间氰基苯硼酸等为原料，采用水热反应对活性炭纤维进行改性，提高了氮硼元素在活性炭表面的含量，增强了其吸附苯系物的性能，但该技术也未解决吸附废物处置的难题。为推进活性炭、石墨烯、多孔分子筛等吸附材料vocs治理的工程应用，专利cn108455605a公开了一种活性炭活化再生工艺，其技术核心是对活性炭进行高温碳化活化，这样存在活性炭再生能耗高，且该技术较适合蓄热式燃烧处理工序，故而工程普适性差。此外，也有研究采用溶剂浸泡、微波辐照、超声等技术对活性炭类吸附材料进行活化再生，但由于vocs进入吸附材料的微孔内，其脱附困难，故而再生效率低。为此要推进vocs吸附处置的工程应用，单纯提高活性炭、石墨烯、生物炭、多孔分子筛等吸附材料的吸附容量是远不够的，更为重要的是提升其再生利用性能、解决其吸附失效后废弃物的资源化处置问题，从源头上解决危险废物产生和处置难题，这是推进吸附技术在vocs污染治理工程中应用的重要举措，也是当前vocs污染物产生和排放企业的核心关切。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，积极推进吸附处置在vocs污染治理中的工程应用，本发明提供了一种膨胀石墨吸附处置废气中挥发性有机物、吸附饱和后微波膨化再生、以及吸附失效废弃后制备石墨烯纳米片、氧化石墨和石墨烯功能材料的一种资源化处置方法。

本发明提供一种膨胀石墨吸附挥发性有机物的方法，包括以下步骤：

(1)膨胀石墨预处理：

①膨胀石墨水洗处理

将平均长度为4mm、平均直径为1mm的蠕虫状的膨胀石墨加入到盛有去离子水的烧杯中；然后将烧杯置于加热套中并将烧杯内的溶液煮沸30～45min，之后关闭加热套电源开关使烧杯中的溶液自然冷却至室温；然后过滤收集膨胀石墨，并用去离子水室温洗涤收集的膨胀石墨3次，最后将其于60℃温度下烘干，得到丝状膨胀石墨；

②膨胀石墨表面浸涂氢氧化铝-粘土-硅藻土

a、首先配制氢氧化铝-粘土-硅藻土浸渍液，所用物料为分析纯级氢氧化铝粉末、粘土粉末、市售硅藻土粉末和去离子水，硅藻土粉末首先在800℃温度下焙烧3h；将氢氧化铝粉末加入到盛有去离子水的烧杯中，搅拌使氢氧化铝粉末分散均匀，然后再分别将粘土和硅藻土粉末加入到溶液中，搅拌使氢氧化铝、粘土和硅藻土粉末充分混匀；

b、膨胀石墨表面浸涂氢氧化铝-粘土-硅藻土过程为：用镊子夹取步骤①得到的丝状膨胀石墨，室温下将其完全浸没于氢氧化铝-粘土-硅藻土浸渍液中，膨胀石墨浸渍过程中若其不能完全浸没于浸渍液中，需要补加氢氧化铝-粘土-硅藻土浸渍液；浸渍3～5min后将膨胀石墨从浸渍液中取出，首先让其自然沥净多余的浸渍液，然后将浸渍后的膨胀石墨置于温度65℃烘箱中烘干，待膨胀石墨烘干后再将其置于炉膛温度为300℃的马弗炉中热处理1h，之后关闭电炉电源使其自然冷却，待电炉炉膛温度冷却至室温后，将膨胀石墨从炉膛中取出，即制得了表面浸涂氢氧化铝-粘土-硅藻土的膨胀石墨；

(2)膨胀石墨吸附挥发性有机物：

①构建膨胀石墨吸附系统

a、吸附系统的主要部件有：直径为30cm、高度为1m的有机玻璃材质吸附柱、吸气泵和流量计，吸气泵的吸气量为0.86m³/min，流量计量程为120～1200l/min；

b、连接吸附系统：首先将有机玻璃吸附柱下端用棉花封挡，然后将膨胀石墨有序整齐地装填到有机玻璃吸附柱中，并将其轻轻压实，膨胀石墨填充高度为有机玻璃吸附柱高度的80％，随后将有机玻璃吸附柱上端也用棉花封挡；之后将有机玻璃吸附柱下端进气口通过软管与流量计连接，流量计又通过软管与吸气泵连接，继而吸气泵可将含有挥发性有机污染物的气体吸入到有机玻璃吸附柱中；有机玻璃吸附柱上端出气口处连接有直径1cm、长度为5cm的软管，在线挥发性有机物测定仪的监测细段采样管可置于此软管内，以实现挥发性有机物气体的浓度测定；

②膨胀石墨吸附挥发性有机物过程

a、在一汽车配件喷漆房内，温度为20℃、湿度为10％的工况条件下，用步骤①构建的膨胀石墨吸附系统对挥发性有机物进行吸附处理，挥发性有机物进气浓度为200mg/m³、进气量为860l/min，膨胀石墨的质量为40g；当膨胀石墨吸附系统上部出口挥发性有机物浓度由零增加到60mg/m³时结束吸附操作，计算得到膨胀石墨的吸附容量为43mg/g；

b、在一木门喷漆房内，温度为18℃，湿度为10％的工况条件下，用步骤①构建的膨胀石墨吸附系统对挥发性有机物进行吸附处理，挥发性有机物进气浓度为150mg/m³、进气量为860l/min，膨胀石墨的质量为40g；当膨胀石墨吸附系统上部出口挥发性有机物浓度由零增加到60mg/m³时结束吸附操作，计算得到膨胀石墨的吸附容量为32.5mg/g；

c、在一油印印刷工作室内，温度为19℃，湿度为9％的工况条件下，用步骤①构建的膨胀石墨吸附系统对挥发性有机物进行吸附处理，挥发性有机物进气浓度为100mg/m³、进气量为860l/min，膨胀石墨的质量为40g；当膨胀石墨吸附系统上部出口挥发性有机物浓度由零增加到50mg/m³时结束吸附操作，计算得到膨胀石墨的吸附容量为21.5mg/g。

进一步的，所述膨胀石墨吸附饱和后还包括微波再生处理和再吸附应用。

进一步的，所述膨胀石墨吸附饱和后微波再生处理包括：

a、首先配制膨胀石墨再生化学浸渍液，所用化学物料有：质量浓度为30％的双氧水、分析纯级过硫酸铵和去离子水，所述双氧水、过硫酸铵和去离子水的质量比例为：双氧水:过硫酸铵:去离子水＝5:7:5；所述化学浸渍液配制过程为：首先将过硫酸铵加入到去离子水中，室温搅拌使过硫酸铵溶解，待过硫酸铵充分溶解后再移取双氧水并将其加入到溶液中，随后将溶液搅拌均匀，即配制了膨胀石墨再生所用化学浸渍液；

b、吸附柱内的膨胀石墨饱和后，先用臭氧发生器将臭氧自吸附柱下端通入到吸附柱中对膨胀石墨进行预氧化处理，以有效抑制膨胀石墨吸附的挥发性有机污染物在膨胀石墨转移过程中再次逸散到空气中，臭氧的流量为10l/min、臭氧氧化处理时间为60～90min；吸附柱上部逸出的臭氧用饱和亚硫酸氢钠溶液吸收，臭氧氧化处理后将膨胀石墨从吸附柱中取出；

c、首先将1g臭氧预氧化处理的吸附饱和废弃后的膨胀石墨置于蒸发皿中，然后移取3.5ml化学浸渍液于蒸发皿中，用玻璃棒将溶液充分搅动3～5min，使膨胀石墨与化学浸渍液充分接触，之后用保鲜膜将蒸发皿口封闭，室温下静置3～5h，以确保膨胀石墨被充分浸渍；

d、吸附饱和废弃后的膨胀石墨经浸渍处理3～5h后，移取蒸发皿口上的保鲜膜，此时膨胀石墨为细小碎片，不再呈现明显的丝状外观；然后将蒸发皿连同浸渍处理的膨胀石墨一起置于额定频率为2450mhz、输出功率为500w的微波炉中进行微波活化处理，微波处理时间为80～100s，微波炉安放于通风橱内；微波活化处理后，待蒸发皿温度自然冷却至室温后，将其从微波炉内取出；此时与初次应用的膨胀石墨相比，膨胀石墨体积和质量皆略有下降，其形态仍为蠕虫状，但尺寸有所减小，且有少量粉末存在，膨胀石墨经微波膨化再生处理后可继续用于废气中挥发性有机物的吸附；

进一步的，所述膨胀石墨微波再生处理后的再吸附应用包括：

a、将微波膨化再生处理后的膨胀石墨装填于吸附柱中，继续用于步骤(2)"②"中的挥发性有机污染物的吸附，待挥发性有机污染物处理后浓度超过限定值时，再对膨胀石墨进行微波再生处理；

b、膨胀石墨经多次吸附和微波再生处理，与最初膨胀石墨吸附容量相比，当其吸附容量为初始的50％、且膨胀石墨形态为细小颗粒状时，此时膨胀石墨经微波再生处理后可考虑不再用于挥发性有机污染物的吸附，而是对其进行吸附废弃后的资源化处置。

进一步的，步骤(1)中①所述膨胀石墨与去离子水的质量比为1:50。

进一步的，步骤(1)中②步骤a所述氢氧化铝粉末、粘土粉末、硅藻土粉末和去离子水的质量比例如下：氢氧化铝粉末：粘土粉末：硅藻土粉末：去离子水＝2～3:3～5:5～8:50。

本发明还提供膨胀石墨吸附废弃后的资源化处置方法，包括以下步骤：

①吸附废弃后的膨胀石墨的预处理

a、先对吸附废弃且经微波膨化处理后的膨胀石墨进行研磨处理，使其平均粒径为0.5mm，之后称取研磨后的0.5g膨胀石墨置于盛有150ml去离子水的烧杯中，然后将烧杯置于超声波清洗器中进行超声处理，超声波清洗器的功率为500w、超声处理时间为60～90min；

b、膨胀石墨碎片超声处理后，待硅藻土与膨胀石墨分离，此时氢氧化铝-粘土-硅藻土碎粒在烧杯底部，收集上部漂浮的膨胀石墨碎屑；将收集的膨胀石墨碎屑置于盛有500ml去离子水的烧杯中；之后将烧杯口密封，用臭氧发生器将臭氧通入烧杯中对膨胀石墨碎屑进行氧化处理，臭氧的流量为10l/min、臭氧氧化处理时间为2～3h，烧杯中逸出的臭氧进行收集并用饱和亚硫酸氢钠溶液吸收；然后过滤收集水中的膨胀石墨，将收集的膨胀石墨用去离子水室温洗涤3次，最后将其置于烘箱中于60℃温度下烘干；

②膨胀石墨吸附废弃后用于石墨烯纳米片制备的资源化处置

a、将臭氧氧化处理后的膨胀石墨碎片、过硫酸铵和质量浓度为30％的双氧水以质量比为1:24:35的比例加入到蒸发皿中，搅拌使加入的膨胀石墨碎片、过硫酸铵和双氧水充分混和；

b、之后将蒸发皿连同里面的混合溶液一起置于微波炉中进行微波膨化处理，微波功率为500w、膨化时间为60～90s，微波炉安放于通风橱内；微波膨化后，将膨化产物先用去离子水洗涤5次，然后将其置于盛有1l去离子水烧杯中，随后对烧杯内的溶液置于超声波处理器中进行超声处理，超声波处理器功率为500w、超声处理时间为60～90min；

c、超声波处理后过滤收集固体，最后将收集的固体粉末进行冷冻干燥处理，冷冻温度为-90℃、冷冻时间为24h，冷冻处理后即得石墨烯纳米片；

③膨胀石墨吸附废弃后用于氧化石墨制备的资源化处置

a、首先在室温条件下将50ml浓硫酸加入到干燥的烧杯中，并将其置于冰水浴中冷却至0℃，之后将0.5g经研磨处理的硝酸钠粉末加入到溶液中并搅拌使其溶解，然后向溶液中加入步骤②所制的石墨烯纳米片1.7g，搅拌混合溶液使其反应60～90min后再向混合溶液中缓慢加入6g高锰酸钾粉末，并控制混合溶液温度不超过10℃；

b、将容器口用保鲜膜密封并将其置于水温为35℃的恒温水浴槽中，搅拌反应3～5h；之后向混合溶液中加入300ml去离子水，并将恒温水浴槽内水温升至50℃，继续搅拌2h；

c、将20ml过氧化氢加入混合溶液中，待混合溶液的颜色变为亮黄色时将混合溶液趁热过滤；用去离子水充分洗涤收集的固体颗粒，并用事先配制好的质量浓度为5％的氯化钡溶液检测洗涤水中是否含有硫酸根离子，直至洗涤到洗涤水中无硫酸根离子被检出；

d、最后对氧化石墨进行室温透析处理，先将洗涤干净的氧化石墨置于透析袋，之后将透析袋置于盛有去离子水的烧杯中，每隔12h换水一次，直至透析液的ph值为中性为止；

e、透析结束后，将溶液从透析袋中转移出并将其置于冷冻干燥机中冷冻干燥，冷冻温度为–90℃、冷冻时间为24h，冷冻处理后即得到氧化石墨；

④膨胀石墨吸附废弃后用于石墨烯制备的资源化处置

a、首先称取步骤③制备的50mg氧化石墨于盛有100ml去离子水的烧杯中，然后将烧杯置于超声波清洗器中进行超声处理，超声波清洗器的功率为500w、超声处理时间为30～45min，超声处理后即得质量浓度为0.5mg/ml的氧化石墨水溶液；

b、向100ml、浓度为0.5mg/ml的氧化石墨水溶液中依次加入1g铁粉、20ml质量分数为35％的盐酸，搅拌45～60min；之后将溶液室温下静置30min后再次加入15ml质量分数为35％的盐酸，室温下搅拌30min后对溶液进行离心分离收集絮状物，离心机转速为3000r/min，随后用去离子水和无水乙醇离心洗涤絮状物各三次；最后将洗净的絮状物置于真空干燥箱中于60℃温度下烘干，干燥箱的真空度为0.05mpa，烘干后的黑色物质即为石墨烯。

本发明利用膨胀石墨对废气中挥发性有机物进行吸附处理，吸附系统构建简单、运行管理方便，其工程适用性广；本发明对膨胀石墨吸附饱和后进行微波膨化再生，显著提高了膨胀石墨循环利用性能；当膨胀石墨吸附废弃后进行资源化处置，以膨胀石墨废弃物为物料制备石墨烯功能材料，不仅源头上避免了危险废物的产生，继而有效减轻了环保主管部门的监管检查和工业企业的废物处置的工作难度，还将积极推进挥发性有机物污染的工程治理，并拓展了石墨烯类功能材料的制备路径；本发明不仅社会效益和环境效益显著，而且潜在的经济效益被看好，其将改变企业环保治理大投入、低产出的尴尬困境。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、膨胀石墨对挥发性有机污染物有高效的吸附处置效能，其将积极推进工业企业挥发性有机物工程治理工作的开展；

2、膨胀石墨吸附饱和、经微波膨化处理后，其对挥发性有机物依然有优良的吸附处置效能，能长期循环利用；

3、对膨胀石墨吸附后的废弃物进行资源化处置，制备石墨烯功能材料，从源头上杜绝了危险废物的产生，拓展了石墨烯功能材料制备的路径，实现了物料的资源化利用，促进了企业的绿化和清洁化生产，其具有显著的经济、社会和环境效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所制备膨胀石墨吸附材料的扫描电镜图；

图2为膨胀石墨吸附汽车配件喷漆vocs的效能图，图(a)为第一次吸附效能图，图(b)为微波再生二十次后吸附效能图；

图3为膨胀石墨吸附废弃物制备的石墨烯纳米片的扫面电镜图；

图4为膨胀石墨吸附废弃物制备的石墨烯纳米片的拉曼光谱图；

图5为膨胀石墨吸附废弃物制备的石墨烯纳米片的原子力显微镜图；

图6为膨胀石墨吸附木门喷漆vocs的效能图，图(a)为第一次吸附效能图，图(b)为微波再生二十次后吸附效能图；

图7为膨胀石墨吸附废弃物制备的氧化石墨水分散溶液的实物照片；

图8为膨胀石墨吸附废弃物制备的氧化石墨的扫描电镜图；

图9为膨胀石墨吸附废弃物制备的氧化石墨的x射线光电子能谱；

图10为膨胀石墨吸附油印印刷vocs的效能图，图(a)为第一次吸附效能图，图(b)为微波再生二十次后吸附效能图；

图11为膨胀石墨吸附废弃物制备的石墨烯的拉曼光谱图；

图12为膨胀石墨吸附废弃物制备的石墨烯的原子力显微镜图；

图13为膨胀石墨吸附系统的连接示意图；

图13标号说明：1-有机玻璃吸附柱，2-膨胀石墨，3-出气口，4-进气口，5-流量计，6-吸气泵，7-在线挥发性有机物测定仪。

具体实施方式

下面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。

本发明所述在线挥发性有机物测定仪为市售产品，可以实现在线检测挥发性有机物功能的测定仪均可以，并非发明要点。

实施例1

(1)膨胀石墨预处理及吸附处置挥发性有机物：

①膨胀石墨水洗处理

将平均长度为4mm、平均直径为1mm的蠕虫状的膨胀石墨加入到盛有去离子水的烧杯中，膨胀石墨与去离子水的质量比为1:50；然后将烧杯置于加热套中并将烧杯内的溶液煮沸30min，之后关闭加热套电源开关使烧杯中的溶液自然冷却至室温；然后过滤收集膨胀石墨，并用去离子水室温洗涤收集的膨胀石墨3次，最后将其于60℃温度下烘干；

②膨胀石墨表面浸涂氢氧化铝-粘土-硅藻土

a、首先配制氢氧化铝-粘土-硅藻土浸渍液，所用物料有分析纯级氢氧化铝粉末、粘土粉末、市售硅藻土粉末和去离子水，硅藻土粉末事先在800℃温度下焙烧3h，上述所用物料有如下质量比例关系：氢氧化铝：粘土：硅藻土：去离子水＝2:3:5:50；将氢氧化铝粉末加入到盛有去离子水的烧杯中，搅拌使氢氧化铝粉末分散均匀，然后再分别将粘土和硅藻土粉末加入到溶液中，搅拌使氢氧化铝、粘土和硅藻土粉末充分混匀；

b、膨胀石墨表面浸涂氢氧化铝-粘土-硅藻土过程为：用镊子夹取丝状膨胀石墨，室温下轻轻将其完全浸没于氢氧化铝-粘土-硅藻土浸渍液中，膨胀石墨浸渍过程中若其不能完全浸没于浸渍液中，需要补加氢氧化铝-粘土-硅藻土浸渍液；浸渍3min后将膨胀石墨从浸渍液中取出，首先让其自然沥净多余的浸渍液，然后将浸渍后的膨胀石墨置于温度65℃烘箱中烘干，待膨胀石墨烘干后再将其置于炉膛温度为300℃的马弗炉中热处理1h，之后关闭电炉电源使其自然冷却，待电炉炉膛温度冷却至室温后，将膨胀石墨从炉膛中取出，即制得了表面浸涂氢氧化铝-粘土-硅藻土的膨胀石墨；

(2)膨胀石墨吸附处置挥发性有机物：

①构建膨胀石墨吸附系统

a、吸附系统的主要部件有：直径为30cm、高度为1m的有机玻璃材质吸附柱、吸气泵和流量计，吸气泵的吸气量为0.86m³/min，流量计量程为120～1200l/min；

b、连接吸附系统：首先将有机玻璃吸附柱1下端用棉花封挡，以免膨胀石墨泄漏；然后将膨胀石墨2有序整齐地装填到有机玻璃吸附柱1中，并将其轻轻压实，膨胀石墨2填充高度为有机玻璃吸附柱1高度的80％，随后将有机玻璃吸附柱1上端也用棉花封挡，防止膨胀石墨随进气气流而逸散出吸附柱；之后将有机玻璃吸附柱1下端进气口4通过软管与流量计5连接，流量计又通过软管与吸气泵6连接，继而吸气泵6可将含有挥发性有机污染物的气体吸入到有机玻璃吸附柱1中；有机玻璃吸附柱1上端出气口3处连接有直径1cm、长度为5cm的软管，在线挥发性有机物测定仪7的监测细段采样管可置于此软管内，以实现挥发性有机物气体的浓度测定；

②膨胀石墨吸附处置挥发性有机物过程

在一汽车配件喷漆房内，温度为20℃、湿度为10％的工况条件下，用步骤①构建的膨胀石墨吸附系统对挥发性有机物进行吸附处理，挥发性有机物进气浓度为200mg/m³、进气量为860l/min，膨胀石墨的质量为40g；当膨胀石墨吸附系统上部出口挥发性有机物浓度由零增加到60mg/m³时结束吸附处置操作，随后计算得到膨胀石墨的吸附容量为43mg/g；

(3)膨胀石墨吸附饱和后微波再生处理和再吸附应用：

①膨胀石墨吸附饱和后微波再生处理

a、首先配制膨胀石墨再生化学浸渍液，所用化学物料有：质量浓度为30％的双氧水、分析纯级过硫酸铵和去离子水，其用量有如下质量比例关系：双氧水:过硫酸铵:去离子水＝5:7:5；该化学浸渍液配制过程为：首先将过硫酸铵加入到去离子水中，室温搅拌使过硫酸铵溶解，待过硫酸铵充分溶解后再移取双氧水并将其加入到溶液中，随后将溶液搅拌均匀，即配制了膨胀石墨再生所用化学浸渍液；

b、吸附柱内的膨胀石墨吸附饱和后，先用型号为gz313-tii的臭氧发生器将臭氧自吸附柱下端通入到吸附柱中对膨胀石墨进行预氧化处理，以有效抑制膨胀石墨吸附的挥发性有机污染物在膨胀石墨转移过程中再次逸散到空气中，臭氧的流量为10l/min、臭氧氧化处理时间为60min；吸附柱上部逸出的臭氧用饱和亚硫酸氢钠溶液吸收，臭氧氧化处理后将膨胀石墨从吸附柱中取出；

c、首先将1g臭氧预氧化处理的吸附饱和废弃后的膨胀石墨置于蒸发皿中，然后移取3.5ml化学浸渍液于蒸发皿中，用玻璃棒将溶液充分搅动3min，使膨胀石墨与化学浸渍液充分接触，之后用保鲜膜将蒸发皿口封闭，室温下静置3h，以确保膨胀石墨被充分浸渍；

d、吸附饱和废弃后的膨胀石墨经浸渍处理3h后，移取蒸发皿口上的保鲜膜，此时膨胀石墨为细小碎片，不再呈现明显的丝状外观；然后将蒸发皿连同浸渍处理的膨胀石墨一起置于额定频率为2450mhz、输出功率为500w的微波炉中进行微波活化处理，微波处理时间为80s，微波炉安放于通风橱内；微波活化处理后，待蒸发皿温度自然冷却至室温后，将其从微波炉内取出；此时与初次应用的膨胀石墨相比，膨胀石墨体积和质量皆略有下降，其形态仍为蠕虫状，但尺寸有所减小，且有少量粉末存在，膨胀石墨经微波膨化再生处理后可继续用于废气中挥发性有机物的吸附处置；

②膨胀石墨微波再生处理后的再吸附应用

a、将微波膨化再生处理后的膨胀石墨装填于吸附柱中，继续用于步骤(2)"②"中的挥发性有机污染物的吸附处置，待挥发性有机污染物处理后浓度超过限定值时，再对膨胀石墨进行微波再生处理；

b、膨胀石墨经多次吸附和微波再生处理，与最初膨胀石墨吸附容量相比，当其吸附容量为初始的50％、且膨胀石墨形态为细小颗粒状时，此时膨胀石墨经微波再生处理后可考虑不再用于挥发性有机污染物的吸附处置，而是对其进行吸附废弃后的资源化处置；

(4)膨胀石墨吸附废弃后制备石墨烯纳米片的资源化处置：

①吸附废弃后的膨胀石墨的预处理

a、先对吸附废弃且经微波膨化处理后的膨胀石墨进行研磨处理，使其平均粒径为0.5mm，之后称取研磨后的0.5g膨胀石墨置于盛有150ml去离子水的烧杯中，然后将烧杯置于超声波清洗器中进行超声处理，超声波清洗器的功率为500w、超声处理时间为60min；

b、膨胀石墨碎片超声处理后，待硅藻土与膨胀石墨分离，此时氢氧化铝-粘土-硅藻土碎粒在烧杯底部，收集上部漂浮的膨胀石墨碎屑；将收集的膨胀石墨碎屑置于盛有500ml去离子水的烧杯中；之后将烧杯口密封，用型号为gz313-tii的臭氧发生器将臭氧通入烧杯中对膨胀石墨碎屑进行氧化处理，臭氧的流量为10l/min、臭氧氧化处理时间为2h，烧杯中逸出的臭氧进行收集并用饱和亚硫酸氢钠溶液吸收；然后过滤收集水中的膨胀石墨，将收集的膨胀石墨用去离子水室温洗涤3次，最后将其置于烘箱中于60℃温度下烘干；

②石墨烯纳米片制备的资源化处置过程

a、将臭氧氧化处理后的膨胀石墨碎片、过硫酸铵和质量浓度为30％的双氧水以质量比为1:24:35的比例加入到蒸发皿中，搅拌使加入的膨胀石墨碎片、过硫酸铵和双氧水充分混和；

b、之后将蒸发皿连同里面的混合溶液一起置于微波炉中进行微波膨化处理，微波功率为500w、膨化时间为60s，微波炉安放于通风橱内；微波膨化后，将膨化产物先用去离子水洗涤5次，然后将其置于盛有1l去离子水烧杯中，随后对烧杯内的溶液置于超声波处理器中进行超声处理，超声波处理器功率为500w、超声处理时间为60min；

c、超声波处理后过滤收集固体，最后将收集的固体粉末进行冷冻处理，冷冻温度为–90℃、冷冻时间为24h，冷冻处理后即得石墨烯纳米片。

本实施例所制膨胀石墨吸附材料的扫面电镜见图1，由图1可见，蠕虫状膨胀石墨外层包覆着硅藻土、氢氧化铝、粘土，这样提高了材料的比表面积，继而增强了其对vocs的吸附处置性能；膨胀石墨吸附处置汽车配件喷漆vocs的效能如图2所示，由图2(a)和(b)可见，膨胀石墨对vocs的吸附效果良好，微波再生二十次后，其吸附效率未明显下降，由此可知膨胀石墨可多次循环利用用于吸附处置vocs污染物；

本实施例所制石墨烯纳米片的扫面电镜结果如图3所示，由图3可知石墨烯纳米片有明显的片状结构，且层间距均匀；石墨烯纳米片的拉曼光谱见图4，在1567cm^-1处的g峰和在2707cm^-1处的2d峰处为弱二阶吸收特征峰，与石墨相比，g峰有14cm^-1的蓝移，这种转变是由于石墨晶体向石墨烯片转变所致，与g峰相比，d峰强度较高且具有近乎相等的全半宽最大值，表明石墨烯纳米片的堆叠性良好；石墨烯纳米片的原子力显微镜如图5所示，由图5可知，所制石墨烯纳米片表面平整、厚度分布均匀，原子力显微镜探针三次扫描高度分别为13.417nm、15.621nm和13.816nm，计算得平均厚度为14.284nm，继而石墨烯纳米片平均层数为42层；

实施例2

(1)膨胀石墨预处理及吸附处置挥发性有机物：

①膨胀石墨水洗处理

同实施例1；

②膨胀石墨表面浸涂氢氧化铝-粘土-硅藻土

a、同实施例1，不同的是氢氧化铝粉末、粘土粉末、硅藻土粉末和去离子水的质量比例为：氢氧化铝粉末：粘土粉末：硅藻土粉末：去离子水＝2.5:4:6:50；

(2)膨胀石墨吸附处置挥发性有机物：

①膨胀石墨吸附系统构建

同实施例1；

②膨胀石墨吸附处置挥发性有机物过程

在一木门喷漆房内，温度为18℃，湿度为10％的工况条件下，用步骤①构建的膨胀石墨吸附系统对挥发性有机物进行吸附处理，挥发性有机物进气浓度为150mg/m³、进气量为860l/min，膨胀石墨的质量为40g；当膨胀石墨吸附系统上部出口挥发性有机物浓度由零增加到60mg/m³时结束吸附处置操作，随后计算得到膨胀石墨的吸附容量为32.5mg/g；

(3)膨胀石墨吸附饱和后微波再生处理和再吸附应用：

①膨胀石墨吸附饱和后微波再生处理

同实施例1，不同的是步骤b中臭氧氧化处理时间为75min，步骤d中吸附饱和废弃后的膨胀石墨浸渍处理时间为4h，微波活化处理时间为90s；

②膨胀石墨微波再生处理后的再吸附应用

同实施例1；

(4)膨胀石墨吸附废弃后制备氧化石墨的资源化处置：

①吸附废弃后的膨胀石墨的预处理

同实施例1，不同的是步骤b中臭氧氧化处理时间为2.5h；

②膨胀石墨吸附废弃后制备石墨烯纳米片

同实施例1，不同的是步骤b中微波膨化时间为75s，超声处理时间为80min；

③氧化石墨制备的资源化处置过程

a、首先在室温条件下将50ml浓硫酸加入到干燥的烧杯中，并将其置于冰水浴中冷却至0℃，之后将0.5g经研磨处理的硝酸钠粉末加入到溶液中并搅拌使其溶解，然后向溶液中加入步骤②所制的石墨烯纳米片1.7g，搅拌混合溶液使其反应60min后再向混合溶液中缓慢加入6g高锰酸钾粉末，并控制混合溶液温度不超过10℃；

b、将容器口用保鲜膜密封并将其置于水温为35℃的恒温水浴槽中，搅拌反应3h；之后向混合溶液中加入300ml去离子水，并将恒温水浴槽内水温升至50℃，继续搅拌2h；

c、将20ml过氧化氢加入混合溶液中，待混合溶液的颜色变为亮黄色时将混合溶液趁热过滤；用去离子水充分洗涤收集固体颗粒，并用事先配制好的质量浓度为5％的氯化钡溶液检测洗涤水中是否含有硫酸根离子，直至洗涤到洗涤水中无硫酸根离子被检出；

d、最后对氧化石墨进行室温透析处理，先将洗涤干净的氧化石墨置于透析袋，之后将透析袋置于盛有去离子水的烧杯中，每隔12h换水一次，直至透析液的ph值为中性为止；

e、透析结束后，将溶液从透析袋中转移出并将其置于冷冻干燥机中干燥，冷冻温度为-90℃、冷冻时间为24h，冷冻处理后即得到氧化石墨。

本实施例所制膨胀石墨吸附材料和石墨烯纳米片的组织结构及形貌与实施例1所制的样品无显著差别，故而不再对其进行描述。本实例所制膨胀石墨吸附处置木门喷漆vocs的效能如图6所示，由图6(a)和(b)可见，膨胀石墨对vocs的吸附效果良好，微波再生二十次后，其吸附效率未见明显下降，说明其可多次用以吸附去除vocs；

本实例所制氧化石墨水分散溶液的实物照片如图7所示，由图7可见，所制氧化石墨的水分散溶液均匀；所制氧化石墨的扫面电镜图如图8所示，由图8可见，氧化石墨呈现薄纱状的层状结构，片层边缘处带有典型的石墨烯褶皱和卷曲，可以看出氧化石墨片层剥离情况良好、层数较少，颜色较深部位是褶皱引起的层数增加所致，也是氧化石墨的典型特征结构；所制氧化石墨的x射线光电子能谱如图9所示，图9(a)表明氧化石墨的主要元素为碳和氧，由图9(b)的c1s谱图可知，氧化石墨含有丰富的羰基、羧基、羟基，继而确保其在水溶液中优良的分散性能；

实施例3

(1)膨胀石墨预处理及吸附处置挥发性有机物：

①膨胀石墨水洗处理

同实施例1，不同的是烧杯置于加热套中煮沸45min；

②膨胀石墨表面浸涂氢氧化铝-粘土-硅藻土

同实施例1，不同的是步骤a中氢氧化铝粉末、粘土粉末、硅藻土粉末和去离子水的质量比例为：氢氧化铝粉末：粘土粉末：硅藻土粉末：去离子水＝3:5:8:50；步骤b中膨胀石墨在氢氧化铝-粘土-硅藻土浸渍液中的浸渍时间为5min；

(2)膨胀石墨吸附处置挥发性有机物：

①膨胀石墨吸附系统构建

同实施例1；

②膨胀石墨吸附处置挥发性有机物过程

在一油印印刷工作室内，温度为19℃，湿度为9％的工况条件下，用步骤①构建的膨胀石墨吸附系统对挥发性有机物进行吸附处理，挥发性有机物进气浓度为100mg/m³、进气量为860l/min，膨胀石墨的质量为40g；当膨胀石墨吸附系统上部出口挥发性有机物浓度由零增加到50mg/m³时结束吸附处置操作，随后计算得到膨胀石墨的吸附容量为21.5mg/g；

(3)膨胀石墨吸附饱和后微波再生处理和再吸附应用：

①膨胀石墨吸附饱和后微波再生处理

同实施例1，不同的是步骤b中臭氧氧化处理时间为90min，步骤d中吸附饱和废弃后的膨胀石墨浸渍处理5h，微波活化处理时间为100s；

②膨胀石墨微波再生处理后的再吸附应用

同实施例1；

(4)膨胀石墨吸附废弃后用于制备石墨烯的资源化处置：

①吸附废弃后的膨胀石墨的预处理

同实施例1，不同的是步骤a中超声处理时间为30min，步骤b中臭氧氧化处理时间为3h；

②膨胀石墨吸附废弃后制备石墨烯纳米片

同实施例1，不同的是步骤b中微波膨化时间为90s，超声处理时间为90min；

③由石墨烯纳米片制备氧化石墨

a、首先在室温条件下将50ml浓硫酸加入到干燥的烧杯中，并将其置于冰水浴中冷却至0℃，之后将0.5g经研磨处理的硝酸钠粉末加入到溶液中并搅拌使其溶解，然后向溶液中加入步骤②所制的石墨烯纳米片1.7g，搅拌混合溶液使其反应90min后再向混合溶液中缓慢加入6g高锰酸钾粉末，并控制混合溶液温度不超过10℃；

b、将容器口用保鲜膜密封并将其置于水温为35℃的恒温水浴槽中，搅拌反应5h；之后向混合溶液中加入300ml去离子水，并将恒温水浴槽内水温升至50℃，继续搅拌2h；

c、将20ml过氧化氢加入混合溶液中，待混合溶液的颜色变为亮黄色时将混合溶液趁热过滤；用去离子水充分洗涤收集的固体颗粒，并用事先配制好的质量浓度为5％的氯化钡溶液检测洗涤水中是否含有硫酸根离子，直至洗涤到洗涤水中无硫酸根离子被检出；

d、最后对氧化石墨进行室温透析处理，先将洗涤干净的氧化石墨置于透析袋，之后将透析袋置于盛有去离子水的烧杯中，每隔12h换水一次，直至透析液的ph值为中性为止；

e、透析结束后，将溶液从透析袋中转移出并将其置于冷冻干燥机中干燥，冷冻温度为-90℃、冷冻时间为24h，冷冻处理后即得到氧化石墨；

④膨胀石墨吸附废弃后用于石墨烯制备的资源化处置

a、首先称取步骤③制备的50mg氧化石墨于盛有100ml去离子水的烧杯中，然后将烧杯置于超声波清洗器中进行超声处理，超声波清洗器的功率为500w、超声处理时间为30～45min，超声处理后即得质量浓度为0.5mg/ml的氧化石墨水溶液；

b、向100ml、浓度为0.5mg/ml的氧化石墨水溶液中依次加入1g铁粉、20ml质量分数为35％的盐酸，搅拌45～60min；之后将溶液室温下静置30min后再次加入15ml质量分数为35％的盐酸，室温下搅拌30min后对溶液进行离心分离收集絮状物，离心机转速为3000r/min，随后用去离子水和无水乙醇离心洗涤絮状物各三次；最后将洗净的絮状物置于真空干燥箱中于60℃温度下烘干，干燥箱的真空度为0.05mpa，烘干后的黑色物质即为石墨烯。

本实施例所制膨胀石墨吸附材料、石墨烯纳米片和氧化石墨微粒的组织结构、形貌以及化学组成与实施例2所制的样品无显著差别，故而不再进行描述。本实施例膨胀石墨吸附处置油印印刷vocs的效能如图10所示，由图10(a)和(b)可见，膨胀石墨对vocs的吸附效果良好，微波再生二十次后，其吸附效率仍未明显下降，表明其具有用于vocs吸附处置的优良循环利用性能；

本实施例所制石墨烯拉曼光谱如图11所示，由图11可见，石墨烯2d峰强度约为g峰强度0.5倍，故而可初步确认石墨烯堆垛层数介于3-8层之间，其准确层数可由原子力显微镜测试判定；所制石墨烯的原子力显微镜测试结果如图12所示，从图12中可以看出，所制石墨烯厚度均匀，原子力显微镜探针三次扫描高度分别为1.165nm、1.397nm和1.889nm，可计算出石墨烯平均堆垛厚度约为1.484nm，其堆垛层数为4层，故而本实例制备出了堆垛层数较少的石墨烯功能材料。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。