一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理领域，具体涉及一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法。
【背景技术】
[0002]我国矿山开采及其加工利用、工业废水排放、垃圾填埋等人类活动对水体会造成严重的污染，包括重金属离子、各种有机污染物等。随着工业的发展，工业废水越来越多，水污染日益加剧，淡水资源日益匮乏，人们的生活和社会的发展受到不同程度的影响。氯代有机物污染具有广泛性和危害性，已经成为一个全球性的环境问题，引起社会密切关注。欧共体公布的污染物黑名单上，卤代物和在环境中可以形成卤代物的物质排在前列，主要包括氯代脂肪烃和芳香烃及其衍生物。在我国，也越来越关注氯代有机物污染，其中对氯仿、氯苯、四氯化碳、邻二氯苯、对二氯苯等制定了严格的排放标准。然而，用传统的水处理方法和药剂来处理废水，处理效果不佳，生产成本较高，前期一次性投入较大，并且大多数会产生二次污染。而用壳聚糖及其衍生物处理废水，可生物降解、安全无毒、无二次污染，是用于废水处理一种效果较好的絮凝剂。
[0003]壳聚糖分子中的活性基团羟基和氨基既是吸附作用的活性中心，可以与金属离子形成络合物，对金属离子亦可吸附，又是发生交联反应的活性中心。壳聚糖在国内外的水环境处理中越来越受到关注，美国主要将其用于给饮用水及水的净化，我国则将其广泛应用于给水及饮用水、工业废水和生活废水的净化，有效去除金属离子、C0D、染料、N和P等，还具有抑菌作用。
[0004]石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，自2004年起获得了广泛的关注和研究。越来越多的研究发现它具有大量的共轭结构，可以与具有键的化合物间具有堆积作用，可以吸附多种有机物;而且其特殊的二维结构决定了它具有超大的比表面积，因而具有较大的吸附容量，具有高效的吸附能力，尤其对于多环芳烃类物质有强的吸附能力。因而本发明针将壳聚糖和石墨烯制备成复合微球，结合两者优异的性能，可吸附处理多种水中污染物，净化水体效果好，使水体得到高效净化，且不会产生二次污染。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供制备一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的方法，该微球可用于水体的净化，吸附多种重金属离子和有机污染物。
[0006]本发明提供了一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法，具体包括如下步骤:
(1)将石墨烯加入去离子水中，石墨烯的浓度为0.1?2%，超声分散1?3h后，得到分散均匀的石墨烯水溶液；
(2)将壳聚糖溶解于质量分数为1?5%的酸性水溶液，壳聚糖的浓度为5?10%，搅拌使其充分溶解，向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和乳化剂，摇匀后超声30min(20°C，100Hz)；
(3)在高速搅拌状态下，将步骤(1)制得的石墨烯溶液按一定的质量配比加入到壳聚糖溶液中，氮气保护，乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入交联剂，在温度T=50?70°C下反应20.1?0.5%3h，接着通入氨气硬化30min ；
(5)经石油醚，丙酮和无水乙醇洗涤超声数次，最后悬浮于无水乙醇中，将产物抽滤，真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
[0007]上述方法步骤(2)所述的壳聚糖分子量为Mw=l X 103?1 X 106 g/mol。
[0008]上述方法步骤(2)所述的酸为甲酸、乙酸、盐酸中的一种或几种。
[0009]上述方法步骤(2)中所述的乳化剂为吐温-20、吐温-40、司盘20、司盘80中的一种或几种，质量分数为0.5?1.5%。
[0010]上述方法步骤(3)中所述的石墨烯溶液与壳聚糖溶液的质量配比为1:5?20。
[0011]上述方法步骤(4)中所述的交联剂为甲醛、戊二醛、三聚磷酸钠、环氧氯丙烷中的一种或几种，质量分数为0.1?0.5%。
[0012]本发明的有益效果:将石墨烯配制成溶液加入到壳聚糖溶液中，减少了石墨烯的团聚，具有超大的比表面积，可以吸附更多的有机污染物;本发明工艺简单，原料来源方便；可吸附处理多种水中污染物，净化水体效果好，使水体得到高效净化，且不会产生二次污染，具有广阔的推广应用前景。
【具体实施方式】
[0013]实施例1
(1)将石墨烯加入去离子水中，石墨烯的浓度为0.5%，超声分散lh后，得到分散均匀的石墨烯水溶液；
(2)将分子量为Mw=lX 104 g/mol的壳聚糖溶解于质量分数为1%的甲酸水溶液中，壳聚糖的浓度为5%，搅拌使其充分溶解，向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和质量分数为0.5%的吐温-20，摇匀后超声30min(20°C，100Hz)；
(3)在高速搅拌状态下，将步骤(1)制得的石墨烯溶液加入到壳聚糖溶液中(石墨烯溶液与壳聚糖溶液质量比为1:5)，氮气保护，乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入质量分数为0.1%的甲醛作为交联剂，在温度T=50°C下反应20h，之后通入氨气硬化30min ；
(5)经石油醚，丙酮和无水乙醇洗涤超声数次，最后悬浮于无水乙醇中，将产物抽滤，真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
[0014]实施例2
(1)将石墨烯加入去离子水中，石墨烯的浓度为1%，超声分散lh后，得到分散均匀的石墨稀水溶液；
(2)将分子量为Mw=lX 104 g/mol的壳聚糖溶解于质量分数为1%的甲酸水溶液中，壳聚糖的浓度为10%，搅拌使其充分溶解，向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和质量分数为
0.5%的吐温-20，摇匀后超声30min(20°C，100Hz)；
(3)在高速搅拌状态下，将步骤(1)制得的石墨烯溶液加入到壳聚糖溶液中(石墨烯溶液与壳聚糖溶液质量比为1:5)，氮气保护，乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入质量分数为0.1%的甲醛作为交联剂，在温度T=50°C下反应20h，之后通入氨气硬化30min ；
(5)经石油醚，丙酮和无水乙醇洗涤超声数次，最后悬浮于无水乙醇中，将产物抽滤，真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
[0015]实施例3
(1)将石墨烯加入去离子水中，石墨烯的浓度为0.5%，超声分散lh后，得到分散均匀的石墨烯水溶液；
(2)将分子量为Mw=5X104 g/mol的壳聚糖溶解于质量分数为3%的乙酸水溶液中，壳聚糖的浓度为5%，搅拌使其充分溶解，向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和质量分数为
0.5%的吐温-20，摇匀后超声30min(20°C，100Hz)；