去除水體中痕量砷的吸附材料及其對水體中痕量砷的去除方法
【專利摘要】本發明公開了一種去除水體中痕量砷的吸附材料及其對水體中痕量砷的去除方法，吸附材料，按如下方法制備得到，將氧化石墨烯分散液和聚乙烯醇溶液混合，然后經真空抽濾得到氧化石墨烯膜，最后經水合肼還原制得石墨烯膜，該石墨烯膜即為吸附材料。去除水體中痕量砷時，將待處理水體中砷的濃度調配為0.1~5mg/L，并調節水體pH值為2?9，然后加入前述的吸附材料吸附12小時以上，即實現水中痕量砷（Ⅲ）的去除；吸附材料的添加量為0.1g/L~0.4g/L。本發明所得的吸附材料石墨烯膜對水中痕量砷（Ⅲ）具有較高的去除效率，最高可達99%以上。
【專利說明】
去除水體中痕量砷的吸附材料及其對水體中痕量砷的去除 方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及水體中砷的去除，具體涉及一種去除水體中痕量砷的吸附材料及其對 水體中痕量砷的去除方法，屬于水處理技術領域。
【背景技術】
[0002]砷（m)作為毒性最強的元素之一，廣泛存在于自然水體和人類的飲用水中，對人 類健康及生態環境構成嚴重威脅，因而受到人們廣泛關注。美國環境保護組織最新規定飲 用水中砷濃度不得高于lOppb。如何有效根除水體中砷顯得非常重要。傳統的砷去除方法主 要有氧化法、沉淀法、絮凝法、離子交換法、反滲透法、吸附法等，其中吸附法由于簡單、高 效、低廉等優點受到人們重視。常規的吸附材料如活性炭、粉煤灰、礦物等雖然能夠去除水 中砷（m)，但難于根除水中痕量砷（m)，且再生性能較差。因此，尋找能夠有效去除水中痕 量砷的吸附材料是人們追求的目標。
[0003]石墨稀是一種新型二維碳納米材料，具有較大的比表面積（2630m2/g)和豐富的Jr 電子，因而可以通過路易斯酸堿作用對重金屬離子進行吸附，并表現出較強的吸附性能。同 樣，石墨烯對水體中的痕量砷也表現出較強的去除效率。然而，由于堆積作用，在水溶液 中的石墨烯容易團聚，且難于回收再利用。因此，研發可分離的石墨烯基復合材料用于水中 痕量砷的去除顯得尤為迫切。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種去除水體中痕量砷的吸 附材料及其對水體中痕量砷的去除方法，本發明能夠高效去除水中痕量砷。
[0005] 本發明的技術方案是這樣實現的： 一種去除水體中痕量砷的吸附材料，按如下方法制備得到，將氧化石墨烯分散液和聚 乙烯醇溶液混合，然后經真空抽濾得到氧化石墨烯膜，最后經水合肼還原制得石墨烯膜，該 石墨烯膜即為吸附材料。
[0006] 具體制備步驟如下， 1) 分別制備濃度為5mg/ml的氧化石墨烯分散液和濃度為0.2 wt%的聚乙烯醇溶液； 2) 將氧化石墨烯分散液與聚乙烯醇溶液混合超聲，得混合液，氧化石墨烯分散液與聚 乙稀醇溶液體積比為1: (〇_4); 3) 將混合液加入真空抽濾裝置中抽濾，得到氧化石墨烯膜； 4) 將氧化石墨烯膜加入適量去離子水中，然后在去離子水中加入適量水合肼對氧化石 墨稀膜進行還原，得到石墨稀膜； 5) 將石墨烯膜用去離子水洗至中性，干燥箱干燥即可。
[0007] 所述氧化石墨烯分散液按如下方法制備得到，將氧化石墨烯加入去離子水中，超 聲分散1~4h即可;所述聚乙烯醇溶液按如下方法制備得到，將聚乙烯醇加入到90~98°C去離 子水中，溶解3~5小時即可。
[0008] 去除水體中痕量砷的方法，將待處理水體中砷的濃度調配為0.1~5mg/L，并調節水 體pH值為2-9，然后加入前述的吸附材料吸附12小時以上，即實現水中痕量砷（m )的去除； 吸附材料的添加量為〇. lg/L~0.4g/L。
[0009] 優選地，待處理水體中砷的濃度調配為5ppm，并調節水體pH值為6,然后加入權利 要求1-3任一所述的吸附材料吸附12小時以上，即實現水中痕量砷(m)的去除。
[0010] 相比現有技術，本發明具有如下有益效果： 1)本發明所得的吸附材料石墨稀I旲對水中痕量神(m)具有$父尚的去除效率，最尚可達 99%以上。
[0011] 2)本發明吸附材料石墨烯膜是利用真空抽濾技術和化學還原方法制備而成的，制 備過程簡單、快速，操作方便，可大規模生產。
[0012] 3)石墨烯膜中適當的聚乙烯醇能夠防止石墨烯之間的相互堆積，對石墨烯納米片 有支撐作用，通過支撐增加層間距，裸露更多吸附位點，從而有利于砷在石墨烯膜間層中的 擴散和吸附。
【附圖說明】
[0013]圖1是實施例4制得的石墨烯膜的數碼照片圖。
[0014] 圖2是實施例4制得的石墨烯膜的截面SEM圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0016] 本發明去除水體中痕量砷的吸附材料，按如下方法制備得到，將氧化石墨烯分散 液和聚乙烯醇溶液混合，然后經真空抽濾得到氧化石墨烯膜，最后經水合肼還原制得石墨 烯膜，該石墨烯膜即為吸附材料。
[0017]本發明具體制備步驟如下， 1)分別制備氧化石墨烯分散液和聚乙烯醇溶液;其中氧化石墨烯分散液濃度為5mg/ml 并按如下方法制備得到，將氧化石墨烯加入去離子水中，超聲分散1~4h即可;聚乙烯醇溶液 濃度為0.2 wt%并按如下方法制備得到，將聚乙烯醇加入到90~98°C去離子水中，溶解3~5小 時即可。
[0018] 2)將氧化石墨烯分散液與聚乙烯醇溶液混合超聲，得混合液;氧化石墨烯分散液 與聚乙稀醇溶液體積比為1: (0-4);優選1: (1 -3 );最優為1:2; 3) 將混合液加入真空抽濾裝置中抽濾，得到氧化石墨烯膜； 4) 將氧化石墨烯膜加入適量去離子水中，然后加入適量水合肼對氧化石墨烯膜進行還 原，得到石墨烯膜;添加水合肼的目的是為了還原氧化石墨烯表面的含氧基團，其量根據該 目的控制即可。
[0019] 5)將石墨烯膜用去離子水洗至中性，干燥箱干燥即可。
[0020] 本發明去除水體中痕量砷的方法，先將待處理水體中砷的濃度配制成0.1~5mg/L， 并調節水體pH值為2-9，然后加入本發明制備的吸附材料吸附12小時以上，即實現水中痕量 砷(m )的去除;吸附材料的添加量為0.1 g/L~0.4g/L。
[0021] 優選地，先將待處理水體中砷的濃度配制為5ppm，并調節水體pH值為6,然后按每 升水體0.2g加入本發明制備的吸附材料吸附12小時以上，即實現水中痕量砷（V )的去除。
[0022] 下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
[0023] 實施例1 (1) 將氧化石墨稀加入去離子水中，超聲lh，得到5mg/ml氧化石墨稀分散液； (2) 將聚乙烯醇加入到95°C去離子水中，溶解3小時，得到0.2 wt%聚乙烯醇溶液； (3) 將lml氧化石墨烯分散液與0ml聚乙烯醇溶液混合超聲，即兩者體積比例為1:0,即 不加聚乙烯醇溶液； (4) 將混合液加入真空抽濾裝置中抽濾，得到氧化石墨烯膜； (5) 將上述制備的氧化石墨烯膜放入5ml去離子水中，隨后加入lml水合肼還原，得到石 墨烯膜； (6) 將石墨烯膜用去離子水洗至中性，干燥箱干燥即可。
[0024] 實施例2 (1) 將氧化石墨稀加入去離子水中，超聲2h，得到5mg/ml氧化石墨稀分散液； (2) 將聚乙烯醇加入到92°C去離子水中，溶解3小時，得到0.2 wt%聚乙烯醇溶液； (3) 將lml氧化石墨烯分散液與lml聚乙烯醇溶液混合超聲，即兩者體積比例為1:1; (4) 將混合液加入真空抽濾裝置中抽濾，得到氧化石墨烯膜； (5) 將上述制備的氧化石墨烯膜放入5ml去離子水中，隨后加入lml水合肼還原，得到石 墨烯膜； (6) 將石墨烯膜用去離子水洗至中性，干燥箱干燥即可。
[0025] 實施例3 (1) 將氧化石墨稀加入去離子水中，超聲2h，得到5mg/ml氧化石墨稀分散液； (2) 將聚乙烯醇加入到96°C去離子水中，溶解4小時，得到0.2 wt%聚乙烯醇溶液； (3) 將lml氧化石墨烯分散液與2ml聚乙烯醇溶液混合超聲，即兩者體積比例為1:2; (4) 將混合液加入真空抽濾裝置中抽濾，得到氧化石墨烯膜； (5) 將上述制備的氧化石墨烯膜放入5ml去離子水中，隨后加入3ml水合肼還原，得到石 墨烯膜； (6) 將石墨烯膜用去離子水洗至中性，干燥箱干燥即可。
[0026] 實施例4 (1) 將氧化石墨稀加入去離子水中，超聲4h，得到5mg/ml氧化石墨稀分散液； (2) 將聚乙烯醇加入到98°C去離子水中，溶解4小時，得到0.2 wt%聚乙烯醇溶液； (3) 將lml氧化石墨烯分散液與3ml聚乙烯醇溶液混合超聲，即兩者體積比例為1:3; (4) 將混合液加入真空抽濾裝置中抽濾，得到氧化石墨烯膜； (5) 將上述制備的氧化石墨烯膜放入5ml去離子水中，隨后加入5ml水合肼還原，得到石 墨烯膜； (6) 將石墨烯膜用去離子水洗至中性，干燥箱干燥即可。
[0027] 圖1是實施例4制得的石墨烯膜的數碼照片圖。圖2是實施例4制得的石墨烯膜的截 面SEM圖。
[0028] 實施例5 (1) 將氧化石墨稀加入去離子水中，超聲4h，得到5mg/ml氧化石墨稀分散液； (2) 將聚乙烯醇加入到98°C去離子水中，溶解4小時，得到0.2 wt%聚乙烯醇溶液； (3) 將lml氧化石墨烯分散液與4ml聚乙烯醇溶液混合超聲，即兩者體積比例為1:4; (4) 將混合液加入真空抽濾裝置中抽濾，得到氧化石墨烯膜； (5) 將上述制備的氧化石墨烯膜放入5ml去離子水中，隨后加入4ml水合肼還原，得到石 墨烯膜； (6) 將石墨烯膜用去離子水洗至中性，干燥箱干燥即可。
[0029] 為了驗證本發明所制備的石墨烯膜吸附材料去除水中痕量砷(m)的效果:先配制 5份相同的5ppm砷溶液，然后分別調節其pH為6,接著在5份砷(m)溶液中依次加入實施例1-5所制備的石墨烯膜吸附材料并吸附處理12小時以上，即完成水中痕量砷(m)的吸附，實驗 結果如表1所示。
[0030] 表1石墨烯膜對水中砷(m)的去除效率
如果沒有加入聚乙烯醇，石墨烯會發生堆積，其吸附位點會被屏蔽，所以很低。本發明 加入聚乙烯醇的目的就是為了提高石墨烯膜的層間距，從而提高吸附容量。但大量加入聚 乙烯醇，過量的聚乙烯醇會覆蓋石墨烯膜內部的吸附位點，所以其吸附容量反而會降低。本 發明提出的吸附材料其實是支撐效果(起到提高層間距的作用，裸露更多吸附位點，從而提 高吸附容量)和覆蓋效果(過多的聚乙烯醇也能起到提高層間距的作用，但包覆了大量的吸 附位點）之間的權衡關系。基于此，本發明綜合權衡后按氧化石墨烯分散液(濃度為5mg/ml) 與聚乙烯醇溶液(濃度0.2 wt%)體積比為1:0-4進行添加。
[0031] 本發明突出優點在于石墨烯膜的制備過程簡單、快速，操作方便;制備的石墨烯膜 對水中痕量砷具有較高的去除效率。
[0032] 本發明的上述實施例僅是為說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方 式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同 形式的變化和變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發明的技術方案所 引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。
【主權項】
1. 一種去除水體中痕量砷的吸附材料，其特征在于:按如下方法制備得到，將氧化石墨 烯分散液和聚乙烯醇溶液混合，然后經真空抽濾得到氧化石墨烯膜，最后經水合肼還原制 得石墨烯膜，該石墨烯膜即為吸附材料。2. 根據權利要求1所述的去除水體中痕量砷的吸附材料，其特征在于：具體制備步驟 如下， 1) 分別制備濃度為5mg/ml的氧化石墨烯分散液和濃度為0.2 wt%的聚乙烯醇溶液； 2) 將氧化石墨烯分散液與聚乙烯醇溶液混合超聲，得混合液，氧化石墨烯分散液與聚 乙稀醇溶液體積比為1: (〇_4); 3) 將混合液加入真空抽濾裝置中抽濾，得到氧化石墨烯膜； 4) 將氧化石墨烯膜加入適量去離子水中，然后在去離子水中加入適量水合肼對氧化石 墨稀膜進行還原，得到石墨稀膜； 5) 將石墨烯膜用去離子水洗至中性，干燥箱干燥即可。3. 根據權利要求2所述的去除水體中痕量砷的吸附材料，其特征在于:所述氧化石墨 烯分散液按如下方法制備得到，將氧化石墨烯加入去離子水中，超聲分散1~4h即可； 所述聚乙烯醇溶液按如下方法制備得到，將聚乙烯醇加入到90~98°C去離子水中，溶解 3~5小時即可。4. 去除水體中痕量砷的方法，其特征在于:將待處理水體中砷的濃度調配為0.1~5mg/ L，并調節水體pH值為2-9,然后加入權利要求1-3任一所述的吸附材料吸附12小時以上，即 實現水中痕量砷ΟΠ )的去除;吸附材料的添加量為0. lg/L~0.4g/L。5. 根據權利要求4所述的去除水體中痕量砷的方法，其特征在于:待處理水體中砷的濃 度調配為5ppm，并調節水體pH值為6,然后加入權利要求1-3任一所述的吸附材料吸附12小 時以上，即實現水中痕量砷(ΙΠ )的去除。
【文檔編號】B01J20/28GK106000319SQ201610627285
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月3日
【發明人】譚平, 袁基剛, 汪碧容
【申請人】四川理工學院