新材料及其应用

一种高效去除水中重金属离子和有机物的方法，涉及水处理技术，将纯化碳纳米管在无水乙醇中超声分散后与含有氧化石墨烯的无水乙醇分散液混合超声，然后抽滤、干燥制得氨基和硫醇基修饰氧化石墨烯/碳纳米管复合材料。将以上复合材料分散在含有无水乙醇、乙酸、丙酮、3‑巯丙基三甲氧基硅烷的混合溶液中，通氮气保护，反应后抽滤分离干燥后，再分散到无水乙醇溶液中，在氮气保护下加入联氨，反应后经水和无水乙醇洗涤，真空干燥后得到氨基和硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料，在外加磁场的作用下，将复合材料放入含有重金属离子与有机物的循环水中进行吸附。

日本电镜学家 Iijima S与英国曼彻斯特大学的两位科学家Andre Geim、Konstantin Novoselov分别于1991年和2004年首次发现碳纳米管和石墨烯两种新型的碳材料，该种新型碳材料以独特的空间结构、优异的导电性、较大比表面积、较轻的质量密度以及和污染物分子之间较强作用迅速引起国内外各领域学者的广泛关注。但碳纳米管和石墨烯表面具有疏水性以及高的表面能，相互之间易团聚缠绕折叠，不易溶于各类溶剂，因此应用受到了极大限制。为了改善两种新型碳材料的分散性同时提高其应用能力，一般采用化学修饰和物理吸附方法。化学改性由于可极大提高其分散能力，并完整保留其力学、电学等性能，因此受到广泛关注。而物理吸附表面吸附的有机高分子、生物大分子容易脱落，热稳定性差。另磁场在水处理中也具有很重要的作用。例如在外加磁场下，可以对所处理的水进行杀菌而对水不产生任何毒害。还具有投资少、应用方便、运行费用低等优点。基于以上考虑，将氧化石墨烯与碳纳米管首先制备成复合材料，然后在其表面引入氨基和硫醇基两种官能团，既可以提高材料的分散性，又提高其基团引入率。然后在加磁场的作用下，将该复合材料投入到循环水中进行吸附实验。证明外加磁场与复合材料在吸附过程中存在有协同作用。

与现有技术相比，本发明有益之处为：(1)本发明所提供的一种氨基和硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料，将石墨烯/碳纳米管复合材料的吸附性能和硫醇基、氨基优异的配位基相结合，使纳米复合材料对污水中重金属离子、有机污染物具有很好吸引力，主要是将氧化石墨烯、碳纳米管、功能基团三者的物理化学性质相结合，是一种良好的功能纳米颗粒的载体。(2) 本发明得到的氨基和硫醇基修饰石墨烯/碳纳米管复合材料，碳纳米管穿插于养化石墨烯层间或者紧紧贴附于氧化石墨烯表面，增大了比表面积；石墨烯/碳纳米管复合材料的表面具有大量硫醇基和氨基基团，对重金属离子具有优异吸附和分离过程，从而有利于重金属离子去除。(3)本发明中在复合材料吸附过程中加入外加磁场，使得复合材料在去除污染物时与外加磁场存在协同效应。本发明的制备方法工艺简单，操作方便且条件温和，制备产物吸附容量大具有优异的生物学相容性。在生物医药、环境保护等领域具有潜在应用价值。