本发明属于石墨烯气凝胶领域，具体涉及一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合气凝胶高效吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

石墨烯是材料科学和凝聚物理领域的新星，也是当前水处理研究的热点。通过从块状石墨上机械剥离(“透明胶带法”)和化学气相沉积法(cvd)，人们首次制备了少量单层的石墨烯纳米片。石墨烯各方面的性能十分优异，具体表现在它具有高理论表面积(最大为2630m2/g)，高孔隙率，厚度仅为0.334nm，,并且具有疏水性，导电性能优异，热学性能好(导热率3000w/m·k)、高强度的力学性能(杨氏模量达到1060gpa)，易于加工成不同的特殊结构，有潜力成为高效、便携，并具有可回收性的新型吸附剂。

石墨烯本身的结构简单而规整，其表面具有负电性和疏水性，在吸附时，这些性质使其与水中污染物的接触受到了限制；同时，由于其特殊的平面六元环结构、层与层之间的“π-π”效应，在水溶液中极易发生团聚，致使材料实际的比表面积大大小于理论值，吸附效果受到影响；此外，石墨烯的分散困难，往往需要超声剥离，增加了成本。随着对石墨烯材料研究的不断深入，如今石墨烯的衍生物、类似物及前驱体也备受瞩目。其中，氧化石墨烯(go)类材料最受关注。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合气凝胶高效吸附剂及其制备方法和应用。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合气凝胶高效吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氧化石墨分散于水中，通过超声剥离得到一定浓度的均匀的氧化石墨烯水分散液；

(2)向步骤(1)所制得的氧化石墨烯水分散液中加入一定量的海藻酸钠后超声混合均匀；

(3)将步骤(2)中得到的混合溶液置于高温高压水热反应釜中，在一定温度和时间下反应后得到氧化石墨烯/海藻酸钠水凝胶；随后将水凝胶用去离子水反复洗涤至中性后冷冻干燥处理得到结构稳定的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶吸附剂。

上述方案中，所述氧化石墨烯水分散液的浓度为2～4mg/ml。

上述方案中，所述氧化石墨烯与海藻酸钠的质量比为2:1～1:3。

上述方案中，步骤(3)所述反应的温度为80～120℃，反应时间为8～12h。

上述方案中，步骤(3)所述冷冻干燥处理的时间为24h～48h。

上述制备方法制备所得氧化石墨烯/海藻酸钠复合气凝胶高效吸附剂。

上述氧化石墨烯/海藻酸钠复合气凝胶高效吸附剂作为阳离子染料高效吸附剂的应用。

本发明的有益效果：本发明采用一步水热法制备氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶，工艺简单、操作方便；制备所得氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶具有三维网状结构，海藻酸钠(sa)的加入能够赋予氧化石墨烯更多的羧基等阴离子吸附位点，使其能与阳离子染料更好的吸附，同时利用阴阳离子静电吸附作用有效提高了氧化石墨烯气凝胶的吸附性能。本发明中，可根据海藻酸钠的用量调节氧化石墨烯的还原程度和凝胶化程度，为氧化石墨烯/海藻酸钠复合气凝胶的可调控提供了可能。

附图说明

图1为本发明的合成示意图。

图2为实施例1得到的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶立于蒲苇上的照片。

图3、4为实施例1得到的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶的sem图片。

图5为实施例1得到的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶(go/sa)和vc还原氧化石墨烯气凝胶的ft-ir谱图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种氧化石墨烯/海藻酸钠复合气凝胶高效吸附剂，通过如下方法制备而成(合成示意图如图1所示)：

(1)将0.18g氧化石墨溶于45ml去离子水中，将其放于超声机中，在超声频率为100hz下超声1h得到分散均匀的浓度为4mg/ml氧化石墨烯分散液；

(2)向步骤(1)中的氧化石墨烯水分散液中加入0.18g海藻酸钠，超声使其混合均匀；

(3)将上述步骤(2)中得到的混合溶液移入100ml带有聚四氟乙烯内衬的高温高压水热反应釜中，120℃下反应12h；

(4)用去离子水反复洗涤步骤(3)所得的产物直至中性，得到水凝胶，低温冷冻干燥处理48h得到气凝胶。

图2为本实施例得到的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶立于蒲苇上的照片，由图可说明本发明所制备的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶为密度超轻的气凝胶材料。

图3～图4为本实施例所制备的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶的sem图片，由图中可以看出本发明所制备的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶是由石墨烯片层通过自组装层层堆叠而成，具有三维网状结构，满足吸附剂多孔结构的要求。

图5为实施例所制备的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶(go/sa)和通过vc还原制得的还原氧化石墨烯气凝胶的ft－ir谱图，由图中可看出sa的加入在制备氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶的过程中没有破坏氧化石墨烯的羟基、环氧基结构，并且相较于vc还原氧化石墨烯的产物，sa的加入能够给氧化石墨烯赋予更多的羧基等阴离子吸附位点，从而使其与相应阳离子染料更好的进行吸附。

对比例

一种氧化石墨烯/抗坏血酸复合气凝胶高效吸附剂，通过如下方法制备而成：

(1)将0.18g氧化石墨溶于45ml去离子水中，将其放于超声机中，在超声频率为100hz下超声1h得到分散均匀的浓度为4mg/ml氧化石墨烯分散液；

(2)向步骤(1)中的氧化石墨烯水分散液中加入0.18g抗坏血酸(vc)，超声使其混合均匀；

(3)将上述步骤(2)中得到的混合溶液移入100ml带有聚四氟乙烯内衬的高温高压水热反应釜中，120℃下反应12h；

(4)用去离子水反复洗涤步骤(3)所得的产物直至中性，得到水凝胶，低温冷冻干燥处理48h得到气凝胶。

实施例2

取实施例1制备得到的气凝胶吸附剂0.01g投入ph为7的50ml浓度为50mg/l的亚甲基蓝(mb)标准溶液中，于室温下在恒温水浴搅拌器中反应3h。每间隔一定时间取5ml溶液离心取上清液，通过紫外可见光分光光度计测定其吸光度，并用吸光度计算其吸附速率及其最大吸附量，结果如表1所示。

实施例3

取对比例制备得到的气凝胶吸附剂0.01g投入ph为7的50ml浓度为50mg/l的亚甲基蓝(mb)标准溶液中，于室温下在恒温水浴搅拌器中反应3h。每间隔一定时间取5ml溶液离心取上清液，通过紫外可见光分光光度计测定其吸光度，并用吸光度计算其吸附速率及其最大吸附量，结果如表1所示。

实施例4

取实施例1制备得到的气凝胶吸附剂0.005g投入ph调为9，50ml浓度为50mg/l的亚甲基蓝(mb)标准溶液中，于室温下在恒温水浴搅拌器中反应3h。每间隔一定时间取5ml溶液离心取上清液，通过紫外可见光分光光度计测定其吸光度，并用吸光度计算其吸附速率及其最大吸附量，结果如表1所示。

实施例5

取实施例1制备得到的气凝胶吸附剂0.005g投入ph调为11，50ml浓度为50mg/l的亚甲基蓝(mb)标准溶液中，于室温下在恒温水浴搅拌器中反应3h。每间隔一定时间取5ml溶液离心取上清液，通过紫外可见光分光光度计测定其吸光度，并用吸光度计算其吸附速率及其最大吸附量，结果如表1所示。

表1吸附速率和最大吸附量性能

以上结果表明，本发明制备的氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶具有质轻、比表面积大的特点，其对亚甲基蓝等阳离子染料吸附表现出优异的效果。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。