一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法
【專利摘要】本發明公開了一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法。利用乙酰丙酮還原制備的石墨烯作為吸附劑，將其加入到重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中，調節pH，攪拌過濾后得到濾液，用電感耦合等離子體原子發射光譜測定濾液中離子濃度，并通過固定Pb2+、Cd2+和Co2+的濃度和石墨烯的質量，改變pH，確定最佳pH。本發明制備的石墨烯對Pb2+最大吸附量為105.4mg/g，對Cd2+的最大吸附量為49.28mg/g；對Co2+的最大吸附量為27.78mg/g，其中對Cd2+的最大吸附量是酸化后的多壁碳納米管的4.5倍。本發明在污水處理方面有很好的應用前景。
【專利說明】一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用納米材料吸附重金屬離子的方法，具體涉及一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法。
【背景技術】
[0002]環境污染是21世紀最嚴重的問題之一，直接威脅到人類的生存。環境污染包括水污染、空氣污染和土壤污染，引起環境污染的主要因素有工業廢水、廢氣、生活垃圾、塑料制品和電池等。其中工業廢水和電池中所含重金屬引起的環境污染對人類的健康具有直接影響，其主要造成的是重金屬土壤和水污染。
[0003]重金屬在生物體內可以沉積，可以與人體的細胞、蛋白質等發生反應，進而導致人體發生病變，影響人類健康。鉛可以與人體神經系統作用影響智力發育，因此孕婦體內鉛含量過高會對嬰兒的智力產生影響；鎘被列為環境污染中最危險的物質之一，可對人體肝，腎等部位造成損傷，能長期潛伏于人體緩慢影響人體健康；鈷在體內含量過高，對人體的呼吸系統和心臟有影響，是造成白血病的因素之一。
[0004]基于重金屬離子造成的污染引起的嚴重的環境問題，大量科研工作者對其進行了廣泛的研究。經對現有文獻檢索發現，有關于納米材料吸附重金屬離子的報道很少。Yan-Hui Li 等人于 2003 年在 Carbon (Carbon2003 ；41:2787-2792)上發表了題為 “Competitive adsorption of Pb2+, Cu2+and Cd2+ions from aqueous solutions bymultiwalled carbon nanotubes” (多壁碳納米管吸附水溶液中Pb2+、Cu2+和Cd2+離子)的文章。文中采用酸化后的多壁碳納米管作為吸附劑，吸附水溶液中的Pb2+、Cu2lP Cd2+離子，該方法中對Pb2+的最大吸附量為97.08mg/g，對Cd2+的最大吸附量為10.86mg/g。
[0005]由于重金屬離子對環境的危害，本領域技術人員致力于研發一種更有效地吸附重金屬離子的方法。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種更有效地吸附重金屬離子的方法。為實現上述目的，本發明使用乙酰丙酮還原制備的石墨烯作為吸附劑，吸附水溶液中的重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+,并確定最佳吸附pH。
[0007]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0008]一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，使用乙酰丙酮還原制備的石墨烯作為吸附劑，將石墨烯分別加入到重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中，使用鹽酸、氨水和氫氧化鈉調節PH值，攪拌過濾后得到濾液，用ICP-AES (電感耦合等離子體原子發射光譜法)測定濾液中重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+濃度，計算被石墨烯吸附的重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+濃度。這種吸附方法分為兩部分:(I)固定PH值，變動離子濃度；(2)固定離子濃度，變動pH值。
[0009]方法一:固定pH值，變動重金屬離子濃度，具體包括如下步驟:[0010](I)用分析天平稱取等重量的石墨烯若干份；
[0011](2)配置不同濃度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液；
[0012](3)將每份石墨烯分別加入到不同濃度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中；
[0013](4)調節pH至同一數值，磁力攪拌后過濾；
[0014](5)用ICP-AES測定濾液濃度，計算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+的量。
[0015]優選地,步驟(1)中石墨烯每份50mg。
[0016]優選地，步驟⑵中Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液濃度分別為2~80mg/L，0.2~40mg/L 和 0.2 ~50mg/L。
[0017]優選地,步驟(4)中調節pH至6.00,磁力攪拌2~8h,用孔徑0.22μηι的濾膜過濾。
[0018]方法二:固定重金屬離子濃度，變動pH值，包括如下步驟:
[0019](I)用分析天平稱取等重量的石墨烯若干份；
[0020](2)配置一定濃度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液；
[0021](3)將每份石墨烯分別加入到Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中；
[0022](4)調節pH至不同數值，磁力攪拌后過濾；
[0023](5)用ICP-AES測定濾液濃度，計算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+的量。
[0024]優選地,步驟(1)中石墨烯每份50mg。
[0025]優選地，步驟⑵中一定濃度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液濃度分別為55mg/L，40mg/L 和 30mg/L。
[0026]優選地，步驟(4)中pH為3.00~10.00，磁力攪拌2~8h，用孔徑0.22 μ m的濾
膜過濾。
[0027]本發明使用乙酰丙酮還原制備的石墨烯吸附重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+，并確定吸附的最佳pH。與現有技術中使用酸化后的多壁碳納米管吸附進行比較，本發明提供的吸附方法具有以下優點:
[0028]1.乙酰丙酮對于重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+具有絡合作用；
[0029]2.石墨烯比表面積大，可吸附更多重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+ ；
[0030]3.操作簡單。
[0031 ]本發明中石墨烯對Pb2+最大吸附量為105.4mg/g ；對Cd2+的最大吸附量為49.28mg/g ;對Co2+的最大吸附量為27.78mg/g,比酸化后的多壁碳納米管對Pb2+和Cd2+的最大吸附量更大，在污水處理方面有很大的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明整體流程示意圖；
[0033]圖2為實施例1中石墨烯對不同濃度重金屬離子吸附曲線圖；
[0034]圖3為實施例2中不同pH值對石墨烯吸附性能的影響曲線圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本發明的實施例做詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0036]實施例1
[0037]用乙酰丙酮還原氧化石墨烯制備得到石墨烯，取50mg已制備的石墨烯，分別單獨加入到不同濃度的重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中，Pb2+、Cd2+和Co2+濃度范圍分別為2~80mg/L，0.2~40mg/L和0.2~50mg/L，每個范圍中取若干個測試點。用鹽酸、氨水或氫氧化鈉調節pH為6.00 (以pH計測量數據為準)，磁力攪拌2~8h。然后用孔徑0.22 μ m尺寸的濾膜過濾，用ICP-AES分別測定濾液中離子的濃度，并計算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+量。
[0038]實施例2
[0039]用乙酰丙酮還原氧化石墨烯制備得到石墨烯，取50mg已制備的石墨烯，加入濃度為55mg/L的Pb2+水溶液中。用鹽酸、氨水或氫氧化鈉調節pH為3.00~10.00之間的不同整數值(以PH計測量數據為準)，攪拌2~8h。再用孔徑0.22 μ m的濾膜過濾，得到的濾液用ICP-AES測定其濃度，計算被石墨烯吸附的Pb2+量。
[0040]同理Cd2+的濃度為40mg/L時改變pH、Co2+的濃度為30mg/L時改變pH，用上述方法測定不同PH下，石墨烯吸附Co2+或Cd2+后兩種離子的濃度，計算吸附量。
[0041]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，使用乙酰丙酮還原制備的石墨烯作為吸附劑，將所述石墨烯分別加入到重金屬離子Pb2+、cd2+和Co2+水溶液中，調節pH值，攪拌過濾后得到濾液，用ICP-AES測定所述濾液中重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+濃度，再計算被石墨烯吸附的重金屬離子Pb2+、Cd2+和Co2+濃度；所述ICP-AES是指電感耦合等離子體原子發射光譜法。
2.根據權利要求1所述的一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)用分析天平稱取等重量的石墨烯若干份； (2)配置不同濃度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液； (3)將每份石墨烯分別加入到不同濃度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中； (4)調節pH至同一數值，磁力攪拌后過濾；
(5)用ICP-AES測定濾液濃度，計算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+的量。
3.根據權利要求2所述的一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(1)中所述石墨烯每份50mg。
4.根據權利要求2所述的一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(2)中所述Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液濃度分別為2~80mg/L, 0.2~40mg/L和0.2~50mg/L。
5.根據權利要求2所述的一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(4)中調節pH至6.00,磁力攪拌2~8h,用孔徑0.22 μ m的濾膜過濾。
6.根據權利要求1所述的一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)用分析天平稱取等重量的石墨烯若干份； (2)配置一定濃度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液； (3)將每份石墨烯分別加入到Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液中； (4)調節pH至不同數值，磁力攪拌后過濾； (5)用ICP-AES測定濾液濃度，計算被石墨烯吸附的Pb2+、Cd2+和Co2+的量。
7.根據權利要求6所述的一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(1)中所述石墨烯每份50mg。
8.根據權利要求6所述的一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(2)中一定濃度的Pb2+、Cd2+和Co2+水溶液濃度分別為55mg/L，40mg/L和30mg/L。
9.根據權利要求6所述的一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(4)中pH為3.00~10.00，磁力攪拌2~8h，用孔徑0.22 μ m的濾膜過濾。
10.根據權利要求1所述的一種用石墨烯吸附重金屬離子的方法，其特征在于，用鹽酸、氨水或氫氧化鈉調節pH。
【文檔編號】C02F1/28GK104016438SQ201410280815
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】楊志, 柴靜, 胡南滔, 高潤綱, 張亞非 申請人:上海交通大學