【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水处理吸附材料，涉及针对废水中苯酚进行选择性吸附的吸附材料，特别是一种具有高的抗压强度和高弹性的表面分子印迹吸附材料。
技术介绍
1、工业废水中存在有大量有机污染物，其中苯酚占据着极大的比例，对自然环境和人体健康造成严重危害。然而，苯酚作为重要的有机化工原料，在合成橡胶、合成纤维、药物生产等领域都极具应用价值。因此，从工业废水中深度、高效、无损、选择地对苯酚进行吸附脱除并富集利用，可以在解决环境污染问题的同时，取得更高的经济效益。
2、表面分子印迹吸附材料具有吸附速率高、选择性强、非破坏性、使用条件温和、设备投资小等优点，是一种极具潜力的废水脱酚吸附材料。qu等[carbohydrate polymers,2023, 300: 120-268.]以壳聚糖碳气凝胶为载体，4-乙烯基吡啶为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，获得了一种苯酚饱和吸附量为246.6mg/g的表面印迹块体吸附材料。zhang等[separation and purification technology, 2021, 274: 119029.]以多孔碳纳米球制备气凝胶作为载体，以甲基丙烯酸为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，制备获得了一种表面印迹块体吸附材料，对苯酚的饱和吸附量为64.02mg/g。
3、然而，这些现有的碳气凝胶基表面分子印迹材料作为块状吸附剂，力学性能很差，容易在吸附使用过程中被破坏，导致相应的印迹吸附剂再生性能较差，循环使用次数难以提升。
4、因此，采用石墨烯气凝胶作为碳前驱体
技术实现思路
1、本专利技术的目的是改善现有宏观块体状碳气凝胶基表面分子印迹吸附材料机械性能与再生性能较差的问题，提供一种以氧化石墨烯作为碳前驱体制备的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料，以及该吸附材料的制备方法。
2、由于氧化石墨烯丰富的含氧官能团和超亲水表面，使其易于分散在水中，而在水热处理下，氧化石墨烯片层容易被还原，含氧官能团减少，片层之间斥力减少，相互连接堆叠形成一种自支撑的三维网状碳气凝胶骨架，从而促使相应的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料获得更高的机械性能，提高印迹吸附材料的循环再生性能。
3、因此，本专利技术所述的高强高弹性石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料是以石墨烯气凝胶作为基质，以苯酚模板分子、乙烯基吡啶功能单体和交联剂在所述石墨烯气凝胶上通过原位水热印迹反应形成印迹聚合物层，将苯酚模板分子与功能单体的组装体固定于所述印迹聚合物层中，洗除苯酚模板分子得到的三维宏观块体状高循环再生性表面分子印迹吸附材料。
4、其中，所述的石墨烯气凝胶是以氧化石墨烯作为碳前驱体，于水溶液中与柠檬酸铵进行水热还原反应并产生自组装行为，经冷冻干燥得到的气凝胶。
5、本专利技术的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料以氧化石墨烯作为碳前驱体，是基于氧化石墨烯具有大尺寸的二维结构以及含有丰富的含氧官能团，容易与苯酚形成共轭π键以及氢键连接，可以在一定程度上提高相应石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的整体吸附容量。
6、进而，本专利技术的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料通过原位水热印迹将苯酚与功能单体的组装体固定于印迹聚合物层中，洗除苯酚模板分子后使得吸附材料表面富含针对苯酚分子的印迹空穴，可以通过功能单体作用、尺寸形状匹配等多方面作用，实现对苯酚分子的选择性吸附。
7、本专利技术的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料为黑色三维块体吸附材料，内部由大尺寸的石墨烯片层相互连接并包覆印迹层构成，具有相互交联的丰富而稳定的三维多孔结构，可以实现对液相中苯酚分子的选择性吸附以及多次循环使用。
8、进一步地，本专利技术还提供了一种适合的所述高强高弹性石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法：
9、1)、以氧化石墨烯作为碳前驱体，加入柠檬酸铵作为还原剂进行水热反应，使氧化石墨烯被还原并产生自组装行为，经冷冻干燥获得石墨烯气凝胶。
10、2)、以所述石墨烯气凝胶作为基质，于甲苯溶剂体系中加入苯酚模板分子、乙烯基吡啶功能单体、交联剂和引发剂，惰性气氛下原位水热印迹反应，将模板分子与功能单体的组装体固定在石墨烯气凝胶基质上形成的印迹聚合物层中，获得印迹反应产物。
11、3)、洗脱除去印迹反应产物上的苯酚模板分子，获得具有高循环再生性的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料。
12、其中，本专利技术优选采用厚度0～1µm，单层片径0.2～10µm的氧化石墨烯作为碳前驱体。
13、本专利技术具体是将柠檬酸铵水溶液滴加入氧化石墨烯水溶液中，升温至100～150℃进行水热反应8～12h，使氧化石墨烯被还原并自组装形成石墨烯水凝胶。
14、具体地，用于所述水热反应的氧化石墨烯与柠檬酸铵的质量比为1∶3～7。
15、优选地，用于所述水热反应过程的氧化石墨烯水溶液浓度为3～5g/l，柠檬酸铵水溶液浓度为50～80g/l。
16、更优选地，所述氧化石墨烯水溶液在反应前需要充分搅拌分散并进行超声处理，超声时间优选为1～2h；所述柠檬酸铵水溶液同样需超声处理5～10min。
17、本专利技术优选控制将所述柠檬酸铵水溶液以每秒3～5滴的速度在超声处理的同时滴加入氧化石墨烯水溶液中。滴加完毕后，将混合反应体系继续超声10～15min，以确保氧化石墨烯与柠檬酸铵在水溶液中混合均匀。
18、本专利技术采用乙醇水溶液对自组装形成的石墨烯水凝胶进行透析处理，除去未反应的原料，再冷冻干燥形成石墨烯气凝胶。
19、具体地，用于透析处理的乙醇水溶液的体积浓度优选为80～90%，所述的透析次数为4～6次，透析时间2～3d。
20、更具体地，本专利技术是将透析后的石墨烯水凝胶于-80℃冷冻固化，再于-80℃冷冻干燥3～5d，使石墨烯水凝胶中的固态水升华，获得石墨烯气凝胶。
21、本专利技术在石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备中引入了功能单体，其作用是用于与苯酚模板分子相互作用，构建对苯酚具有识别吸附能力的印迹空穴。所述功能单体的选择原则是与苯酚的作用强度要适中，以确保吸附材料能够有效对苯酚进行吸附，同时还可以在吸附完成后实现苯酚的洗脱与吸附材料的再生。
22、具体地，本专利技术是优选含有n、o杂原子芳香环，可以以氢键或π-π堆积方式与苯酚分子相互作用的化合物作为功能单体，包括但不限于是2-乙烯基吡啶或4-乙烯基吡啶等常见的功能单体。
23、进一步地，通过交联剂在引发剂引发下进行交联聚合，可以在石墨烯气凝胶表面形成交联聚合物作为印迹聚合物层，以将苯酚模板分子与功能单体的组装体固定于印迹聚合物层中。
24、具体地，本专利技术所采用的交联剂优选为二元交联剂，包括但不限于是常规的二甲基丙烯酸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强高弹性石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料，是以石墨烯气凝胶作为基质，以苯酚模板分子、乙烯基吡啶功能单体和交联剂在所述石墨烯气凝胶上通过原位水热印迹反应形成印迹聚合物层，将苯酚模板分子与功能单体的组装体固定于所述印迹聚合物层中，洗除苯酚模板分子得到的三维宏观块体状表面分子印迹吸附材料，可多次循环再生使用，其中的石墨烯气凝胶是以氧化石墨烯作为碳前驱体，于水溶液中与柠檬酸铵进行水热还原反应并产生自组装行为，经冷冻干燥得到的气凝胶。
2.权利要求1所述石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，包括：
3.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，其特征是按照氧化石墨烯与柠檬酸铵的质量比为1∶3～7，将柠檬酸铵水溶液滴加入氧化石墨烯水溶液中，升温至100～150℃水热反应8～12h。
4.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，其特征是采用体积浓度80～90%的乙醇水溶液对石墨烯水凝胶进行透析处理，再冷冻干燥获得石墨烯气凝胶。
5.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹
6.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，其特征是所述交联剂是二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸乙酯或二乙烯基苯。
7.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，其特征是所述苯酚模板分子的质量为石墨烯气凝胶质量的5～16倍，功能单体的质量为苯酚模板分子质量的3～5倍，交联剂的质量为石墨烯气凝胶质量的10～20倍。
8.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，其特征是所述原位水热印迹反应是在石墨烯气凝胶质量800～1000倍的甲苯溶剂中，400～600rpm的搅拌速度下进行的。
9.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，其特征是所述原位水热印迹反应在50～70℃的惰性气氛下进行，反应时间14～20h。
10.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，其特征是采用体积比8～12∶1的甲醇乙酸混合溶液洗脱除去苯酚模板分子。
...【技术特征摘要】
1.一种高强高弹性石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料，是以石墨烯气凝胶作为基质，以苯酚模板分子、乙烯基吡啶功能单体和交联剂在所述石墨烯气凝胶上通过原位水热印迹反应形成印迹聚合物层，将苯酚模板分子与功能单体的组装体固定于所述印迹聚合物层中，洗除苯酚模板分子得到的三维宏观块体状表面分子印迹吸附材料，可多次循环再生使用，其中的石墨烯气凝胶是以氧化石墨烯作为碳前驱体，于水溶液中与柠檬酸铵进行水热还原反应并产生自组装行为，经冷冻干燥得到的气凝胶。
2.权利要求1所述石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，包括：
3.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，其特征是按照氧化石墨烯与柠檬酸铵的质量比为1∶3～7，将柠檬酸铵水溶液滴加入氧化石墨烯水溶液中，升温至100～150℃水热反应8～12h。
4.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附材料的制备方法，其特征是采用体积浓度80～90%的乙醇水溶液对石墨烯水凝胶进行透析处理，再冷冻干燥获得石墨烯气凝胶。
5.根据权利要求2所述的石墨烯气凝胶基表面分子印迹吸附...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦蕾，仲勇，景博羲，刘旭光，杨永珍，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。