一種用于去除水體中無機汞的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水處理技術領域，涉及一種用于去除水體中無機汞(Hg2+)的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]汞是自然界中最易生物積累的有毒重金屬之一。其中Hg2+是自然水體中最主要的無機汞形式，甲基汞通常經硫酸鹽還原菌在缺氧條件下將Hg2+甲基化形成，在機體內持久存在且可以通過食物鏈生物富集。去除水體中Hg2+的技術很多，包括化學沉淀、溶劑萃取、膠結作用、超濾、混凝、離子交換、光催化和吸附等。其中，吸附被認為是最有前景的技術，具有低成本、易于操作和易于設計等優點。多種吸附劑被應用于水體中Hg2+的去除，例如生物炭、活性炭、硫化亞鐵、金屬氧化物(比如，二氧化硅包裹的磁鐵礦，α-FeOOH，γ -Al2O3，β_Α1 (OH)3，MnO，和MnOx)。然而，這些吸附劑也有很多缺點，比如，機械強度低、水熱穩定性差、與重金屬結合的化學鍵較弱、當汞的濃度較低時去除效率下降等。因此，有必要研制一種既具有高吸附能力，同時對低濃度Hg2+具有良好去除效果的環境友好型吸附劑。
[0003]氧化石墨烯作為近年來備受矚目的納米材料，具有單層石墨結構，巨大的理論比表面積，高機械強度和豐富的官能團，可以由廉價的石墨粉批量生產。這些獨特的性質使得氧化石墨烯復合材料在環境污染修復中的應用前景廣闊。關于氧化石墨烯復合材料去除水體中重金屬的報道很多，比如氧化石墨烯/四氧化三鐵復合材料去除As'As'Cr6+和Hg2+，氧化石墨烯/氫氧化鐵復合材料去除As5+，巰基化氧化石墨烯/磁性殼聚糖復合材料去除Hg2+ 等。文南犬 “X.Lu，X.Huangfu，J.Ma，Removal of trace mercury (11) from aqueoussolut1n by in situ formed Mn_Fe(hydr)oxides，J Hazard Mater,280(2014)71-78.^報道了原位形成的鐵猛氧化物(Fe-Mn oxides)通過表面絡合和絮凝沉淀的機理高效去除低濃度(30yg/L)的無機汞(Hg2+)，當鐵錳氧化物投加量為40mg Fe/L(Mn/Fe摩爾比為0.33)時，汞去除率為80%。氧化石墨烯與鐵錳氧化物復合，可以結合兩者獨有的優勢，在水處理領域發展前景廣闊。
【發明內容】
[0004]1.本發明所述的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料，其特征在于:所述氧化石墨烯通過其表面的含氧官能團(即C = O，C-O-C ,O = C-O, C-O)及JT-JT鍵的作用與鐵錳氧化物相結合，使鐵錳氧化物高度分散。
[0005]2.本發明所述的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料，其特征在于:所述氧化石墨稀/鐵猛氧化物復合材料中，猛和鐵的摩爾比為0.33，鐵和氧化石墨稀的質量比為1/7.5。
[0006]3.本發明所述的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料，其特征在于:制備步驟簡便。
[0007]新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料的制備:在氮氣條件下，向氧化石墨烯懸濁液中緩慢加入硫酸亞鐵溶液。混勻后，邊磁力攪拌邊逐滴加入高錳酸鉀溶液，立即調整pH為
7.5。此時，鐵錳氧化物形成深褐色絮狀沉淀，由于氧化石墨烯表面的含氧官能團(S卩C = 0，C-0-C，0 = C-0，C-0)和3T-3T鍵的作用，鐵錳氧化物高度分散在氧化石墨烯片層結構的表面。持續磁力攪拌I小時確保充分反應，靜置12小時使材料充分生長，得到氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料懸濁液。
[0008]4.本發明所述的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料，其特征在于，應用于去除水體中的無機汞(Hg2+)，當Hg2+初始濃度為lmg/L，Fe/G0質量比為l/7.5，Mn/Fe摩爾比為0.33(8mg Fe/L)，pH=7.0±0.2，離子強度為0.0lM NaNO3，混合24h后汞的去除率為89%。
[0009]5.本發明所述的無機汞(Hg2+)的檢測所用原子熒光(吉天AFS-830)檢測條件如下:負高壓:270V;原子化器高度:8mm ；燈電流:30mA ；載氣流量:300mL/min ；屏蔽氣流量:800mL/
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【具體實施方式】
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[0010]結合以下具體實施案例進一步闡明本發明。需理解，以下實施方式僅用于解釋本發明，而不限制本發明的適用范圍。下列實施方式中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件操作。
[0011]實施例:
[0012]本實施提供了一種簡便的新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料的制備方法，并將其應用于水體中無機汞(Hg2+)的吸附。新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料的制備工序比較簡單:取24mL氧化石墨烯懸濁液(2g G0/L)加入360mL去離子水中，在氮氣條件下，緩慢加入8mL硫酸亞鐵貯備液(0.8g Fe/L)，磁力攪拌使硫酸亞鐵與氧化石墨烯充分混合。邊磁力攪拌邊逐滴加入SmL高錳酸鉀貯備液(0.26g Mn/L)，混合均勻后，立即調整pH為7.5。此時，鐵錳氧化物形成深褐色絮狀沉淀，并高度分散在氧化石墨烯片層結構的表面。持續磁力攪拌I小時確保充分反應，靜置12小時使材料充分生長，得到新型氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料懸濁液，標記為GO/Fe-Μη。此時，Mn/Fe摩爾比為0.33，Fe/G0質量比為I /7.5。
[0013]通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察復合材料表面形態，結果如圖1A(Fe-Mn)，B(G0)，C(G0/Fe-Mn)，D(G0/Fe-Mn高倍放大圖)所示，純鐵錳氧化物(Fe-Mn)絮凝團聚，呈棉絮狀;純氧化石墨烯(GO)呈片層結構，相互疊加;而氧化石墨烯/鐵錳氧化物復合材料(GO/Fe-Mn)則為鐵錳氧化物顆粒高度分散在氧化石墨烯表面，鐵錳氧化物顆粒尺寸明顯減小。通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對比Fe-Mn、G0和GO/Fe-Mn表面官能團種類變化，結果如圖2所示，GO/Fe-Mn合成機制是通過氧化石墨稀表面的含氧官能團(即C = O，C-O-C，0 = C-0，C-0)和JT-π鍵的作用。
[0014]為了考察不同質量GO對GO/Fe-Mn復合材料去除水體中無機汞(Hg2+)效果的影響，將實驗分組設置如下:(I )Fe-Mn (對照組)；(2 )Fe_M