用於處理染料廢水的納米吸附劑及其製備方法和應用與流程
2023-06-07 08:33:09 1

本發明涉及染料廢水處理,具體是一種處理染料廢水的納米吸附劑及其製備方法和應用。
背景技術:
染料廢水廣泛存在於我們的生產生活中。染料廢水的排量很大,處理困難。此外染料廢水還具有色度較大、比較難脫色、水質變動較大等特點,其中含有的偶氮染料更是具有致癌的效果,嚴重汙染水體,危害人們的健康。除此之外,染料廢水排放到環境中對各種生物的生長、水體自身的淨化功能、土壤微生物的生長以及水體自身的景觀效應都有影響。
目前染料廢水的處理方法有生物化學法和物理化學法,其中生物化學法主要包含好氧及厭氧兩種方法,物理化學法則主要包含吸附和降解兩種方法。吸附法和降解法是當前工業上廣泛採用的染料廢水處理方法。目前常用的吸附材料有天然礦物、蔗糖、煤渣、甲殼質、活性炭、蛋白質等。其中的一些天然吸附物質雖然具有容易獲得、成本低廉、吸附過程簡便易行等優點,但是吸附效果往往達不到要求。
現有處理染料廢水的技術中最普遍採用的是活性炭吸附技術,但是在應用中發現活性炭微孔多,大中孔不足,對大分子疏水性染料去除困難、脫色效果差、成本高等問題。
技術實現要素:
本發明的目的在於針對現有技術存在的缺陷,提供一種用於處理染料廢水的納米吸附劑及其製備方法和應用。
本發明提供的一種處理染料廢水的納米吸附劑,是採用聚乙烯吡咯烷酮(pvp)與氧化石墨烯材料合成的功能化石墨烯材料(pvp-gns),具體通過包括如下步驟的方法製得:
將pvp、氧化石墨烯、二次水、置於容器中,攪拌3-30分鐘,攪拌過程中加入氨水和水合肼;其中所述的氧化石墨烯、pvp、氨水、水合肼和二次水的質量比為1:2.5-3.5:100-200:10-20:6500-8500(優選1:3:160:12:7828);然後在40-80℃(優選65℃)下反應2-5小時(優選4小時),然後冷卻到室溫,在11000-13000rpm下離心15-30分鐘;得到的固體用二次水洗滌兩次,再加入二次水製成pvp-gns混懸液。
與現有技術相比本發明的有益效果:
石墨烯具有較大的比表面積(理論值高達2630m2·g-1),這使其在吸附方面的應用具備了巨大的潛力和天然的優勢。但是墨烯片層間容易產生不可逆的凝聚,使其比表面積大打折扣。因此需對其進行化學改性,進一步提高吸附性能。本發明採用的是氧化石墨烯,將其還原後失去含氧官能團,然後使還原的石墨烯與pvp結合,既能保護還原的石墨烯不聚,又能提高其對染料的吸附性能。氧化石墨烯和石墨烯作為碳納米材料具有化學性質穩定、可大規模生產、反應活性高和有大的比表面積等優點,在廢水處理方面有很高的實用價值。
聚乙烯吡咯烷酮(pvp),是一種水溶性化合物。pvp具有優異的溶解性能,與很多染料具有良好的親和力。本發明利用的是pvp與染料分子之間的結合特性,pvp與染料分子間的締合作用主要來自分子間力和氫鍵。
當用pvp對石墨烯進行功能化改進時,所得的功能化石墨烯複合材料同時具備了石墨烯和pvp各自的性質,而且還提高了石墨烯在水中的穩定性。
本發明採用聚乙烯吡咯烷酮(pvp)與氧化石墨烯材料合成的功能化石墨烯材料(pvp-gns),具有對廢水中染料吸附率高、脫色處理效果好、化學性質穩定、可回收利用等優點。
附圖說明
圖1:酸性紅73(asg)與本發明製備的吸附劑(pvp-gns)吸附處理前後的紫外-可見光譜圖。
圖2:剛果紅(cr)與本發明製備的吸附劑(pvp-gns)吸附處理前後的紫外-可見光譜圖。
圖3:孔雀石綠(mg)與本發明製備的吸附劑(pvp-gns)吸附處理前後的紫外-可見光譜圖。
圖4:鹼性品紅(fbi)與本發明製備的吸附劑(pvp-gns)吸附處理前後的紫外-可見光譜圖。
具體實施方式
實施例1pvp-gns吸附劑的製備:
首先將7.5ml濃度為1mg/ml的pvp水溶液加入到三角瓶中,然後把2.5ml濃度為1mg/ml的氧化石墨烯水溶液加入,再加入9.57ml的水,為使其混勻,需置於磁力攪拌器上攪拌,攪拌時間為20分鐘,攪拌過程中加入400μl氨水,30μl水合肼。把上述裝有混合溶液的三角瓶放入水浴鍋中,將水浴鍋調節為65℃,水浴時間為4小時。水浴過後冷卻到室溫,將其分裝入10個2ml的離心管中,在12000rpm下離心25分鐘,得到的固體用二次水洗滌兩次。最後加二次水2.5ml定容到2.5ml濃度為1mg/ml的pvp-gns混懸液。
實施例2pvp-gns與酸性紅73(asg)溶液的吸附脫色:
在40℃下,取0.5ml濃度0.025mg/ml的asg加入到容積為2ml的管中,再向其中加入0.5ml濃度1mg/ml的pvp-gns混懸液,然後再向離心管中加入ph為7的pbs緩衝溶液1ml,混勻後反應25分鐘。將離心機的轉速調節為12000rpm,離心時間為25分鐘,離心後取上清液測定其吸光度(見圖一)。根據所得數據知asg的脫色率為92.37%。
實施例3pvp-gns與剛果紅(cr)溶液的吸附脫色:
在40℃下,取0.5ml濃度0.025mg/ml的cr加入到容積為2ml的管中,再向其中加入0.24ml濃度1mg/ml的pvp-gns混懸液,然後再向離心管中加入ph為9的pbs緩衝溶液1.26ml,混勻後反應20分鐘。將離心機的轉速調節為12000rpm,離心時間為25分鐘,離心後取上清液測定其吸光度(見圖二)。根據所得數據知cr的脫色率為93.01%。
實施例4pvp-gns與孔雀石綠(mg)溶液的吸附脫色:
在40℃下,取0.5ml濃度0.025mg/ml的mg加入到容積為2ml的管中,再向其中加入0.5ml濃度1mg/ml的pvp-gns混懸液,然後再向離心管中加入ph為5的pbs緩衝溶液1ml,混勻後反應20分鐘。將離心機的轉速調節為12000rpm,離心時間為25分鐘,離心後取上清液測定其吸光度(見圖三)。根據所得數據知mg的脫色率為91.68%。
實施例5pvp-gns與鹼性品紅(fbi)溶液的吸附脫色:
在40℃下,取0.5ml濃度0.025mg/ml的fbi加入到容積為2ml的管中,再向其中加入0.6ml濃度1mg/ml的pvp-gns混懸液,然後再向離心管中加入ph為7的pbs緩衝溶液0.9ml,混勻後反應20分鐘。將離心機的轉速調節為12000rpm,離心時間為25分鐘,離心後取上清液測定其吸光度(見圖四)。根據所得數據知fbi的脫色率為90.71%。
技術特徵:
技術總結
本發明提供了一種用於處理染料廢水的納米吸附劑,通過包括如下步驟的方法製得:將PVP、氧化石墨烯、二次水、置於容器中,攪拌3‑30分鐘,攪拌過程中加入氨水和水合肼;其中所述的氧化石墨烯、PVP、氨水、水合肼和二次水的質量比為1:2.5‑3.5:100‑200:10‑20:6500‑8500;然後在40‑80℃下反應2‑5小時,然後冷卻到室溫,在11000‑13000rpm下離心15‑30分鐘;得到的固體用二次水洗滌兩次,再加入二次水製成PVP‑GNS混懸液。本發明吸附劑,化學穩定性高,可回收利用,成本較低,吸附脫色效果優良,在染料廢水脫色領域具有良好的應用前景。
技術研發人員:劉志廣;郭玉晶;韓麗君
受保護的技術使用者:山西大學
技術研發日:2017.05.19
技術公布日:2017.09.08