利用改质石墨烯收集金属的方法以及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及石墨烯材料的应用领域，特别是关于利用改质石墨烯收集金属的方法以及装置。利用改质石墨烯收集金属的方法，包含：(a)制备一改质石墨烯；(b)设置过滤吸附层：过滤吸附层包括改质石墨烯；(c)输入废水：废水经过过滤吸附层；(d)过滤吸附：过滤吸附层的改质石墨烯的硫吸附废水中的金属，而废水中的液态分子及杂质经过改质石墨烯的孔隙排出过滤吸附层；以及(e)分离金属：加热吸附有金属的过滤吸附层至350‑550℃之间，使过滤吸附层中的改质石墨烯沸腾挥发，留下金属。本发明专利技术更包括一种利用改质石墨烯收集金属的装置；藉由该方法以及该装置，可以有效吸附并回收废水中的金属。

【技术实现步骤摘要】
利用改质石墨烯收集金属的方法以及装置
本专利技术涉及石墨烯材料的应用领域，特别是关于利用改质石墨烯收集金属的方法以及装置。
技术介绍
随着工业生产、矿业开采及科学研究的发展进步，大量金属及其化合物被排放入水体中，其中含有Fe、Cu、Zn、Pb、As、Co、Ni、Cd、Mn、Bi、Hg、Cr、Ti、Au、Ag、U等多种高浓度有毒重金属，甚至含有放射性元素，也不乏可供工业再利用的金属Au、Ag、Pt、Pd、Al等。这些废水将对周围的水体、土壤及生态环境造成严重污染，且废水中含有的金属难以经由生物降解，而会进入环境或生态系统后累积和转移，对人类健康构成了危害。目前，对于金属废水的处理方法主要采用吸附法，因为吸附法具有操作简单、效果优异、经济效益较高等优点。研究较多的吸附剂主要有：有机吸附剂，如聚乙烯、树脂、木质素等；无机吸附剂，如活性炭、碳纳米管等碳材料、铁氧化物、粉煤灰、膨润土等。有机吸附剂仍存在着吸附效率低、热稳定性较差、抗污染能力低、使用寿命不长等问题。而无机吸附剂与其相比，具有吸附效率高、耐酸碱、耐辐射、耐高温、化学稳定性佳、使用寿命长等优点，在废水处理中表现出良好的应用前景。石墨烯(Graphene)是一种新型二维碳材料，由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形呈蜂窝状晶格的平面结构，具有非常大的比表面积(2630m2/g)；其表面存在大量的含氧官能基，具有吸附容量大、吸附迅速等特点。但石墨烯材料本身易团聚，导致表面反应的官能基减少，从而使吸附效果与吸附选择性较差，且使用后不易于从溶液中分离出来。是以，本案专利技术人在观察到上述问题后，认为习知的废水中的金属处理及回收方法仍有改良的空间，而遂有本专利技术的产生。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种利用改质石墨烯收集金属的方法及装置，其能够利用改质石墨烯以简单的步骤以及结构设置，高效且稳定地连续过滤吸附废水中的金属。为达上述目的，本专利技术所提供的一种利用改质石墨烯收集金属的方法，包含步骤：(a)制备一改质石墨烯：将石墨烯以及硫氮化合物加入水中成为一混合物，将该混合物加热至80-100℃，并进行回流、搅拌，然后将该混合物固液分离，固体部分储存作为该改质石墨烯，该改质石墨烯的表面包括至少一氨基及至少一硫；(b)设置过滤吸附层：该过滤吸附层包括该改质石墨烯；(c)输入废水：废水经过该过滤吸附层；(d)过滤吸附：该过滤吸附层的该改质石墨烯的硫吸附废水中的金属，而废水中的液态分子及杂质经过该改质石墨烯的孔隙排出该过滤吸附层；以及(e)分离金属：加热吸附有金属的该过滤吸附层至350-550℃之间，使该过滤吸附层中的该改质石墨烯沸腾挥发，留下金属；其中，步骤(a)中，该石墨烯与该硫氮化合物重量比为1:2到1:150。较佳地，其中，步骤(a)中，该石墨烯与该水的重量比为1:1000到1:1000000之间。较佳地，其中，步骤(a)中，该改质石墨烯的固体含量为80wt％以上。较佳地，其中，步骤(a)中，该硫氮化合物选自硫脲、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸-S-2-噻吩及二硫代氨基甲酸铵的其中之一或其组合。较佳地，其中，步骤(a)中，回流的时间为1-8小时，搅拌的时间为6-12小时。较佳地，其中，步骤(b)中，该过滤吸附层还包括奈米碳管。较佳地，其中，该奈米碳管与该改质石墨烯的重量比为1:1至10:1。较佳地，其中，步骤(c)中，该过滤吸附层与废水的重量比为1:15至1:50。本专利技术所提供的一种利用改质石墨烯收集金属的装置，包括：一装置本体，该装置本体由上而下设置有：一进水单元，该进水单元设置有供废水输入的一进水口；一过滤吸附单元，该过滤吸附单元设有一过滤吸附层，该过滤吸附层包括一改质石墨烯，该改质石墨烯的表面包括至少一氨基及至少一硫；以及一出水单元，该出水单元设置有供处理后的液体排出的出水口；一压力感应单元，该压力感应单元与该装置本体连接，以感测该装置本体内部的压力并将感测的压力显示于一显示单元；以及一压力调整单元，该压力调整单元与该装置本体连接，以调整该装置本体内部的压力。较佳地，该装置更包括：一加热单元，连接于该过滤吸附单元，以加热该过滤吸附层及其所吸附的物质。本专利技术所提供的利用改质石墨烯收集金属的方法及装置，具有工艺步骤、设备简单、成本低廉、反应过程容易控制等优点，适用于工业化大规模的生产。附图说明图1是本专利技术一实施例的利用改质石墨烯收集金属的方法的方块流程图；图2是本专利技术一实施例的改质石墨烯的结构示意图；图3是本专利技术一实施例的过滤吸附层的吸附示意图；图4是本专利技术另一实施例的过滤吸附层的吸附示意图；图5是本专利技术一实施例的利用改质石墨烯收集金属的装置的示意图；图6是本专利技术另一实施例的利用改质石墨烯收集金属的装置的示意图。具体实施方式图1是本专利技术一实施例的利用改质石墨烯收集金属的方法的方块流程图，其揭露一种利用改质石墨烯收集金属的方法，包含步骤：(a)制备一改质石墨烯(10)：将石墨烯以及硫氮化合物加入水中成为一混合物，将该混合物加热至80-100℃，并进行回流、搅拌，然后将该混合物固液分离，固体部分储存作为该改质石墨烯(10)，该改质石墨烯(10)的表面包括至少一氨基及至少一硫。藉此，本专利技术所制备的该改质石墨烯(10)具有一般石墨烯比表面积大的优点，吸附容量大、吸附速度快；同时该改质石墨烯(10)表面具备易于与金属离子进行离子交换的官能基，从而提高吸附效果并改善一般石墨烯易于团聚的缺点。图2是本专利技术一实施例的改质石墨烯(10)的结构示意图。如图2所示，该改质石墨烯(10)的表面包括至少一氨基(-N)及至少一硫(-S)；在该示例中，硫透过氨基连接于该改质石墨烯(10)的表面。但是，本专利技术不限于此，只要该改质石墨烯(10)的表面包括氨基及硫即可。该石墨烯可以为粉末状或浆料状。在一较佳实施例中，步骤(a)中，所使用的该石墨烯粉末或浆料的粒径为1-40μm之间，更佳为10-25μm之间；该硫氮化合物(SN化合物)为由硫及氮所组成的化合物，较佳选自硫脲、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸-S-2-噻吩及二硫代氨基甲酸铵的其中之一或其组合；该石墨烯与该硫氮化合物的重量比较佳为1:2到1:150之间。该石墨烯与该水的重量比为1:1000到1:1000000之间；较佳地，回流的时间为1-8小时，搅拌的时间为6-12小时；固液分离以离心分离及水洗过滤的至少其中之一进行，使固液分离后获得的该改质石墨烯(10)的至少80wt％以上为固体。另外，步骤(a)中，可选择性地先在水中加入微量氧化剂，再将该石墨烯以及该硫氮化合物加入含有氧化剂的水中，以增加石墨烯缺陷亦增加接枝率。该氧化剂选自硫酸、硝酸、磷酸、高锰酸钾以及硝酸钠的至少其中之一或其组合，该氧化剂与水的重量比为1-10:10000。(b)设置过滤吸附层：该过滤吸附层包括该改质石墨烯(10)。该过滤吸附层为一层或多层的该改质石墨烯(10)，该改质石墨烯(10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用改质石墨烯收集金属的方法，其特征在于，包含步骤：/n(a)制备一改质石墨烯：将石墨烯以及硫氮化合物加入水中成为一混合物，将所述混合物加热至80-100℃，并进行回流、搅拌，然后将所述混合物固液分离，固体部分储存作为该改质石墨烯，所述改质石墨烯的表面包括至少一氨基及至少一硫；/n(b)设置过滤吸附层：所述过滤吸附层包括所述改质石墨烯；/n(c)输入废水：废水经过所述过滤吸附层；/n(d)过滤吸附：所述过滤吸附层的该改质石墨烯的硫吸附废水中的金属，而废水中的液态分子及杂质经过所述改质石墨烯的孔隙排出该过滤吸附层；以及/n(e)分离金属：加热吸附有金属的所述过滤吸附层至350-550℃之间，使所述过滤吸附层中的所述改质石墨烯沸腾挥发，留下金属；/n其中，步骤(a)中，所述石墨烯与所述硫氮化合物重量比为1:2到1:150。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用改质石墨烯收集金属的方法，其特征在于，包含步骤：
(a)制备一改质石墨烯：将石墨烯以及硫氮化合物加入水中成为一混合物，将所述混合物加热至80-100℃，并进行回流、搅拌，然后将所述混合物固液分离，固体部分储存作为该改质石墨烯，所述改质石墨烯的表面包括至少一氨基及至少一硫；
(b)设置过滤吸附层：所述过滤吸附层包括所述改质石墨烯；
(c)输入废水：废水经过所述过滤吸附层；
(d)过滤吸附：所述过滤吸附层的该改质石墨烯的硫吸附废水中的金属，而废水中的液态分子及杂质经过所述改质石墨烯的孔隙排出该过滤吸附层；以及
(e)分离金属：加热吸附有金属的所述过滤吸附层至350-550℃之间，使所述过滤吸附层中的所述改质石墨烯沸腾挥发，留下金属；
其中，步骤(a)中，所述石墨烯与所述硫氮化合物重量比为1:2到1:150。


2.根据权利要求1所述的利用改质石墨烯收集金属的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述石墨烯与所述水的重量比为1:1000到1:1000000之间。


3.根据权利要求1所述的利用改质石墨烯收集金属的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述改质石墨烯的固体含量为80wt％以上。


4.根据权利要求1所述的利用改质石墨烯收集金属的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述硫氮化合物选自硫脲、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸-S-2-噻吩及二硫代氨基甲酸铵的其中之一或其组合。


5.根据权利要求1所述的利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：许昌隆，林品均，
申请(专利权)人：宣城亨旺新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34