申请日2011.04.22
公开(公告)日2012.10.24
IPC分类号B01J20/02; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明提供了一种含氧化石墨的纳米材料及其制备方法，该纳米材料包含氧化石墨和硒纳米颗粒。本发明进一步提供含有上述含氧化石墨的纳米材料的水处理剂及一种水处理的方法。一方面，由于氧化石墨比表面积大、吸附性能良好、可分散在水中、生物相容性好、成本低廉;另一方面，由于硒纳米颗粒具有比较高的比表面积，而且硒能与多种重金属，例如包括汞、铅、银等，形成稳定的硒化物，从而有效地处理水中的重金属，因此将氧化石墨与硒纳米颗粒进行复合得到的纳米材料在水处理时具有吸附量大、吸附稳定性高、能同时吸附多种类型污染物、成本低等优点。
权利要求书
1.一种含氧化石墨的纳米材料，其特征在于，该纳米材料含有氧化石 墨和硒纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的含氧化石墨的纳米材料，其中，所述氧化石 墨与所述硒纳米颗粒的质量比为100∶1到1∶100，优选为20∶1到1∶20。
3.根据权利要求1或2所述的含氧化石墨的纳米材料，其中，所述硒 纳米颗粒附着在所述氧化石墨的表面和/或所述氧化石墨的层状结构的层间。
4.根据权利要求3所述的含氧化石墨的纳米材料，其中，在100W超 声条件下，超声10min，所述硒纳米颗粒的脱落率<1%。
5.根据权利要求1所述的含氧化石墨的纳米材料，其中，所述氧化石 墨的横向尺寸为50-50000纳米。
6.根据权利要求1所述的含氧化石墨的纳米材料，其中，所述硒纳米 颗粒的粒径为10-1000纳米。
7.一种含氧化石墨的纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法包括 在负价硒化合物氧化为单质硒的条件下和氧化剂存在下，使氧化石墨分散液 与负价硒化合物接触;或者
在正价硒化合物还原为单质硒的条件下和还原剂存在下，使氧化石墨分 散液与正价硒化合物相接触。
8.根据权利要求7所述的含氧化石墨的纳米材料的制备方法，其中， 所述负价硒化合物中的硒元素：氧化剂的摩尔比为1∶1到1∶20，氧化石墨 与所述负价硒化合物中的硒元素质量比为1∶100到100∶1;所述正价硒化合 物中的硒元素：还原剂的摩尔比为1∶1到1∶20，氧化石墨与所述正价硒化 合物中的硒元素质量比为100∶1到1∶100。
9.根据权利要求7或8所述的含氧化石墨的纳米材料的制备方法，其 中，所述氧化剂为羟基自由基、单线态氧、过氧化氢的一种或多种，所述负 价硒化合物为硒脲、硒代氨基酸、硒蛋白的一种或多种，所述还原剂为抗坏 血酸、抗坏血酸钠、谷胱甘肽、淀粉、肼、二氧化硫、硼氢化钠的一种或者 多种，所述正价硒化合物为二氧化硒、亚硒酸、亚硒酸钠的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的含氧化石墨的纳米材料的制备方法，其中， 所述还原剂为抗坏血酸，且所述抗坏血酸以浓度范围为10-1000mmol/L的 抗坏血酸溶液使用;所述正价硒化合物为亚硒酸钠，且所述亚硒酸钠以浓度 范围为10-1000mmol/L的亚硒酸钠溶液使用;所述氧化石墨分散液的浓度 范围为0.1-1mg/ml。
11.根据权利要求8所述的含氧化石墨的纳米材料的制备方法，其中， 所述负价硒化合物氧化为单质硒的条件包括温度为0至100℃，时间为0.5-5 小时;所述正价硒化合物还原为单质硒的条件包括温度为-20℃至60℃，时 间为0.5-5小时。
12.一种含氧化石墨的纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法包括： 将氧化石墨分散液与硒纳米颗粒分散液混合，搅拌。
13.根据权利要求12所述的含氧化石墨的纳米材料的制备方法，其中， 氧化石墨分散液的浓度范围为0.1-1mg/ml，硒纳米颗粒分散液的浓度范围为 0.1-2mg/ml，硒纳米颗粒与氧化石墨的质量比为100∶1到1∶100，优选为20∶1 到1∶20。
14.由权利要求7-13任意一项所述的方法制备的含氧化石墨的纳米材 料。
15.一种水处理剂，其特征在于，该水处理剂含有权利要求1-6和14 中任意一项的所述的含氧化石墨的纳米材料。
16.一种水处理方法，其特征在于，该方法包括使权利要求1-6和14 任意一项所述的含氧化石墨的纳米材料与水接触。
17.根据权利要求16所述的水处理方法，其中，所述方法还包括向接 触后的产物中加入絮凝剂，絮凝剂∶含氧化石墨的纳米材料的重量比为1∶1 到1∶20。
18.根据权利要求17所述的水处理方法，其中，所述絮凝剂为聚合铝 类絮凝剂、聚丙烯酰胺类絮凝剂、聚合铁类絮凝剂、活性硅酸类絮凝剂中的 一种或多种。
说明书
一种含氧化石墨的纳米材料及其制备方法和水处理剂及水处理方法
技术领域
本发明涉及一种含氧化石墨的纳米材料。特别地，本发明涉及一种含氧 化石墨和硒纳米颗粒的纳米材料及其制备方法，本发明进一步涉及含有上述 含氧化石墨纳米材料的水处理剂，本发明更进一步涉及一种水处理方法。
背景技术
纯净的水是人类生存必不可少的资源，但是由于空间分布不平衡、生活 浪费等因素，全球60%的地区供水不足。并且随着人类活动的加剧，各种工 业废水、农药等有毒物质被排入江河湖海，污染了我们有限的水资源。因此 各国政府不断立法保护本国水资源，并开发水处理剂以满足污水处理和人们 生活用水的需求。
目前市场上用于水处理的活性炭材料，其作用原理主要是通过物理吸附 作用的方式将污染物与水进行分离。但采用活性炭为水处理剂，存在一些问 题，如活性炭的吸附量与成本的比值还需进一步提高，且其吸附为物理吸附， 容易造成二次污染。
发明内容
为了克服现有活性碳水处理剂的吸附量与成本的比值低、其吸附为物理 吸附，容易造成二次污染的不足，本发明提供一种吸附量大、能同时吸附多 种类型污染物的含氧化石墨的纳米材料。
本发明提供一种含氧化石墨的纳米材料，该纳米材料包含氧化石墨和硒 纳米颗粒。
本发明提供一种含氧化石墨的纳米材料的制备方法，该方法包括在负价 硒化合物氧化为单质硒的条件下和氧化剂存在下，使氧化石墨分散液与负价 硒化合物接触;或者在正价硒化合物还原为单质硒的条件下和还原剂存在 下，使氧化石墨分散液与正价硒化合物相接触。
本发明提供了另一种含氧化石墨的纳米材料的制备方法，该方法将氧化 石墨分散液与硒纳米颗粒分散液混合，搅拌。
本发明还提供了上述方法制备的含氧化石墨的纳米材料。
本发明提供了一种水处理剂，该水处理剂含有上述含氧化石墨的纳米材 料。
本发明提供了一种水处理的方法，该方法包括使上述含氧化石墨的纳米 材料与水接触。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)由于氧化石墨和硒纳米颗粒比表面积大，氧化石墨对有机物具有 高吸附能力，硒纳米颗粒能与多种重金属形成稳定的硒化物，因此所制备的 含氧化石墨的纳米材料具有吸附能力高、对重金属具有吸附稳定、无二次污 染的优点。
(2)本发明提供的水处理方法，可以通过外加絮凝剂使与水接触后的 产物中的含氧化石墨的纳米材料或含有吸附物的含氧化石墨的纳米材料快 速聚集，从而加快含氧化石墨的纳米材料或含有吸附物的含氧化石墨的纳米 材料沉降，提高水处理的效率。
(3)本发明的含氧化石墨的纳米材料由于粒径比较小，为纳米级，因 此将其负载于活性炭载体上时，活性碳不但可以起到固定作用，还可以实现 含氧化石墨的纳米材料与待处理液的充分接触，从而实现高的吸附效果。
(4)由于含氧化石墨的纳米材料的吸附量大，因此较小的用量即可获 得较好的处理效果，由此可以将其制成小体积水处理装置，如将含氧化石墨 的纳米材料可制成滤膜等，所述装置具有易携带、使用简便的优点。
(5)本发明提供的优选的含氧化石墨的纳米材料中的硒纳米颗粒与氧 化石墨具有高的结合强度，即使在超声条件下也不会从氧化石墨片层表面脱 落。这样可以防止硒纳米粒子从氧化石墨上脱落，从而避免失去氧化石墨稳 定的硒纳米粒子发生严重的聚集，从而失去纳米尺度，因此不具备高比表面 积的性质，最终导致吸附性能的下降。