專利名稱：一種新型高效吸附水中磷的石墨烯負(fù)載納米鐵材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸附水中磷的材料，具體涉及一種新型高效吸附水中磷的石墨烯負(fù)載納米鐵材料。
背景技術(shù)：
富營養(yǎng)化是當(dāng)今世界關(guān)注的一個(gè)環(huán)境問題，世界上很多湖泊都曾經(jīng)遭受過富營養(yǎng)化的危害。富營養(yǎng)化能夠引起很多問題，例如它能夠減少湖泊的透光度，導(dǎo)致湖泊中生物量減少以及藍(lán)藻暴發(fā)等等。營養(yǎng)物質(zhì)過剩，尤其是磷濃度超標(biāo)是引起富營養(yǎng)化的主要因素。作為藻類的必須營養(yǎng)元素，磷在富營養(yǎng)化過程中起到至關(guān)重要的作用?？刂聘粻I養(yǎng)化的關(guān)鍵之一就是控制水體中磷的濃度。為了能夠更好的控制水體中磷的濃度，人們在近些年進(jìn)行了大量的研究。盡管取得了一定的成果，但是目前的除磷方法還存在一定的問題，例如自然 水體中很難使用化學(xué)藥劑進(jìn)行除磷，能夠吸附磷的材料的吸附速率不高等。納米鐵是當(dāng)今環(huán)境領(lǐng)域最熱的一種材料，納米鐵是riOOnm零價(jià)鐵的總稱，它有很多優(yōu)點(diǎn)，例如很大的比表面積，很高的活性等等。諸多的優(yōu)點(diǎn)使得它成為了環(huán)境領(lǐng)域去除污染物效率最高的一些材料中的一種。據(jù)報(bào)道，納米鐵能夠吸附諸多重金屬污染物，有機(jī)污染物等，例如納米鐵對Cr (VI)，Pb ( II )and As(V)有著很高的去除效率。納米鐵除了有諸多優(yōu)點(diǎn)之外，還有一些難以克服的缺點(diǎn)，例如納米鐵在有氧環(huán)境中易被氧化，氧化之后的納米鐵去除污染物的速率明顯下降，同時(shí)納米鐵在存放過程中容易團(tuán)聚，團(tuán)聚之后的納米鐵逐漸變大，也使得反應(yīng)速率大幅下降。為了能夠緩解這一問題，人們投入大量的精力研究將納米鐵負(fù)載在填料上，例如很多學(xué)者就將納米鐵負(fù)載在活性炭，樹脂或者分子篩上。盡管負(fù)載在這些材料上之后，納米鐵的穩(wěn)定性得到一定的加強(qiáng)，去除污染物的效率也比較穩(wěn)定，但是仍有諸多研究表明，經(jīng)過負(fù)載之后的納米鐵的穩(wěn)定性隨著時(shí)間的變化逐漸下降。既然納米鐵有著高效去除污染物的能力，同時(shí)將納米鐵負(fù)載在載體上，能夠在一定程度上緩解納米鐵氧化以及團(tuán)聚的問題，所以研究納米鐵以及納米鐵負(fù)載在載體上，進(jìn)行廢水中磷的去除，是解決富營養(yǎng)化的一個(gè)重要且高效的手段。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新型高效吸附水中磷的石墨烯負(fù)載納米鐵材料，能夠使插管機(jī)實(shí)現(xiàn)對紗管的柔性載放，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化完成空紗管插管的操作，提高了生產(chǎn)效率，并且減輕了過分依賴人工的勞動(dòng)強(qiáng)度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是—種新型聞效吸附水中憐的石墨稀負(fù)載納米鐵材料，由納米鐵和石墨稀組成，其中，納米鐵占材料總重量的10% 70%。所述材料的宏觀結(jié)構(gòu)為粉末狀，其微觀結(jié)構(gòu)，石墨烯為片狀結(jié)構(gòu)，納米鐵均有分散在石墨稀表面，當(dāng)納米鐵占材料總重量小于等于30%時(shí)成點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)納米鐵占材料總重量大于30%時(shí)成鏈狀結(jié)構(gòu)。
所述納米鐵的粒徑為50 70nm。所述納米鐵占材料總重量的20%。 所述納米鐵占材料總重量的40%。所述納米鐵占材料總重量的60%。本發(fā)明材料吸附水中磷的原理為納米鐵負(fù)載在石墨烯上，首先單質(zhì)鐵與氫離子反應(yīng)，生成二價(jià)鐵，之后，二價(jià)鐵和磷酸根，水分子快速生成水合磷酸亞鐵或者水合磷酸鐵。整個(gè)過程反應(yīng)速度極快。本發(fā)明材料能夠高效的去除水體中的磷酸根，在水中初始磷酸根濃度小于4mg/L的情況下，石墨烯負(fù)載納米鐵能夠去除99%以上的磷酸根，使得出水磷酸根濃度達(dá)到O. 02mg/L以下，當(dāng)湖泊入流水質(zhì)中磷酸根濃度小于O. 02mg/L的時(shí)候，富營養(yǎng)化不會(huì)發(fā)生。 石墨烯負(fù)載納米鐵在反應(yīng)前10分鐘，可以吸附70%以上的磷酸根，而同等劑量的活性炭，活性氧化鋁要用30分鐘或者更長時(shí)間才能夠達(dá)到同樣的效果。經(jīng)驗(yàn)證，石墨烯負(fù)載納米鐵吸附等溫曲線復(fù)合Freundlish等溫吸附曲線，預(yù)示其反應(yīng)為多層吸附。根據(jù)我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-20021)，地表水二類標(biāo)準(zhǔn)(湖泊)磷酸根濃度不大于O. 025mg/L即可，而自然界中含磷廢水大多小于4mg/L，故應(yīng)用本專利的新型材料，能夠?qū)⒔?jīng)過處理的廢水中磷酸根控制在地表水二類標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過處理水的磷酸根指標(biāo)不會(huì)對地表水造成富營養(yǎng)化的危害。


圖1是石墨烯負(fù)載納米鐵掃描電鏡圖(納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%)。圖2是石墨烯負(fù)載納米鐵透射電鏡圖(納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明一種新型聞效吸附水中憐的石墨稀負(fù)載納米鐵材料，由納米鐵和石墨稀組成，其中，納米鐵占材料總重量的10% 70%。材料的宏觀結(jié)構(gòu)為粉末狀，其微觀結(jié)構(gòu)，石墨烯為片狀結(jié)構(gòu)，納米鐵均有分散在石墨烯表面，當(dāng)納米鐵占材料總重量小于等于30%時(shí)成點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)納米鐵占材料總重量大于30%時(shí)成鏈狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述納米鐵的粒徑為50 70nm。優(yōu)選的，所述納米鐵占材料總重量的20%。優(yōu)選的，所述納米鐵占材料總重量的40%。優(yōu)選的，所述納米鐵占材料總重量的60%。本發(fā)明材料采用原位合成法，即將一定濃度的含有鐵離子溶液滴加在石墨烯表面，待石墨烯與含鐵溶液混合變?yōu)槟z狀之后，將其烘干，之后再滴加含鐵溶液，如此往復(fù)，可以控制鐵在混合物中的比例，同時(shí)保證鐵離子能夠大部分負(fù)載在石墨烯表面。最后，在通氮?dú)鉅顟B(tài)下，向負(fù)載鐵離子的石墨烯表面滴加硼氫化鈉，速度為30滴/分鐘，待反應(yīng)充分，將該材料放置于真空抽濾機(jī)中抽濾至干燥。將該材料保存至含有酒精的溶液或密閉容器中。如圖1所示，為石墨烯負(fù)載納米鐵(納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%)的掃描電鏡圖，納米鐵顆粒分散在石墨稀表面，
如圖2所示，可以更加清晰的看到，石墨烯是層狀結(jié)構(gòu)，在石墨烯表面，納米鐵呈黑色，大概粒徑為60nm左右，同時(shí)納米鐵在是石墨烯表面分散的比較均勻，這為納米鐵的高效應(yīng)用打下基礎(chǔ)。下面結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例來說明本發(fā)明材料的實(shí)施效果實(shí)施例一在200ml錐形瓶中投加IOOml濃度為4mg/L磷酸根溶液，投加500mg納米鐵占材料總重量20%的吸附材料。將錐形瓶放入搖床中，速度為30轉(zhuǎn)/分鐘，溫度設(shè)定為25攝氏度。10分鐘后，石墨烯負(fù)載納米鐵吸附80%的磷酸根。實(shí)施例二 在200ml錐形瓶中投加IOOml濃度為4mg/L磷酸根溶液，投加250mg納米鐵占材 料總重量40%的吸附材料。將錐形瓶放入搖床中，速度為30轉(zhuǎn)/分鐘，溫度設(shè)定為25攝氏度。10分鐘后，石墨烯負(fù)載納米鐵吸附73%的磷酸根。實(shí)施例三在200ml錐形瓶中投加IOOml濃度為4mg/L磷酸根溶液，投加160mg納米鐵占材料總重量60%的吸附材料。將錐形瓶放入搖床中，速度為30轉(zhuǎn)/分鐘，溫度設(shè)定為25攝氏度。10分鐘后，石墨烯負(fù)載納米鐵吸附70%的磷酸根。
權(quán)利要求
1.一種新型聞效吸附水中憐的石墨稀負(fù)載納米鐵材料，其特征在于由納米鐵和石墨烯組成，其中，納米鐵占材料總重量的10% 70%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高效吸附水中磷的石墨烯負(fù)載納米鐵材料，其特征在于所述材料的宏觀結(jié)構(gòu)為粉末狀，其微觀結(jié)構(gòu)，石墨烯為片狀結(jié)構(gòu)，納米鐵均有分散在石墨烯表面，當(dāng)納米鐵占材料總重量小于等于30%時(shí)成點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)納米鐵占材料總重量大于30%時(shí)成鏈狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型高效吸附水中磷的石墨烯負(fù)載納米鐵材料，其特征在于所述納米鐵的粒徑為50 70nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型高效吸附水中磷的石墨烯負(fù)載納米鐵材料，其特征在于所述納米鐵占材料總重量的20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型高效吸附水中磷的石墨烯負(fù)載納米鐵材料，其特征在于所述納米鐵占材料總重量的40%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型高效吸附水中磷的石墨烯負(fù)載納米鐵材料，其特征在于所述納米鐵占材料總重量的60%。
全文摘要
一種新型高效吸附水中磷的石墨烯負(fù)載納米鐵材料，由納米鐵和石墨烯組成，其中，納米鐵占材料總重量的10%～70%；材料的宏觀結(jié)構(gòu)為粉末狀，其微觀結(jié)構(gòu)，石墨烯為片狀結(jié)構(gòu)，納米鐵均有分散在石墨烯表面，當(dāng)納米鐵占材料總重量小于等于30%時(shí)成點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)納米鐵占材料總重量大于30%時(shí)成鏈狀結(jié)構(gòu)；納米鐵的粒徑為50～70nm；納米鐵負(fù)載在石墨烯上，首先單質(zhì)鐵與氫離子反應(yīng)，生成二價(jià)鐵，之后，二價(jià)鐵和磷酸根，水分子快速生成水合磷酸亞鐵或者水合磷酸鐵；在水中初始磷酸根濃度小于4mg/L的情況下，石墨烯負(fù)載納米鐵能夠去除99%以上的磷酸根，使得出水磷酸根濃度達(dá)到0.02mg/L以下，當(dāng)湖泊入流水質(zhì)中磷酸根濃度小于0.02mg/L的時(shí)候，富營養(yǎng)化不會(huì)發(fā)生。
文檔編號(hào)C02F1/58GK103011328SQ20121056419
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者左劍惡, 劉峰林, 王佩, 楊波, 謝幫蜜 申請人:清華大學(xué)