基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法与流程

1.本发明涉及湖塘水体处理技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法。


背景技术：

2.近年来，许多研究都在致力于解决湖塘中有机污染物的处理问题，许多催化相关的技术也都被用于环境保护中。随着石墨烯材料的广泛应用，在湖塘水体治理领域中，也开始采用了石墨烯材质，其中石墨烯光催化网利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子，可分解对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，实现对湖塘水体进行治理的效果。在申请号为201910011649.6的专利中公开了一种基于石墨烯光催化网的污水处理方法，其将基材浸泡于含有石墨烯光催化材料的混合胶水中，制得石墨烯光催化网，虽然有效提高了污水处理效果和处理效率，但其依靠水溶性粘合剂固定石墨烯光催化材料，在实际使用过程中，此石墨烯光催化网长期浸泡于水中时，容易产生石墨烯光催化材料脱落的问题，影响实际效果。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是提供一种基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，其使用的石墨烯光催化网稳定性好，光催化效率高，能够有效提高湖塘水体处理效果和处理效率。
4.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，包括以下步骤：将湖塘水面上的漂浮物打捞干净，将石墨烯光催化网平铺于水面上进行治理工作；
5.其中，所述石墨烯光催化网的制备方法如下：
6.步骤一、取氧化石墨烯超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入聚丙烯腈，搅拌混合均匀，制成质量分数为8～12％的纺丝溶液a，其中，所述氧化石墨烯占聚丙烯腈质量的0.1％～2％；
7.步骤二、取纳米二氧化钛超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入可溶性聚酰亚胺，搅拌混合均匀，制成质量分数为8～12％的纺丝溶液b，其中，所述纳米二氧化钛占可溶性聚酰亚胺质量的0.2％～1％；
8.步骤三、将上述纺丝溶液a和纺丝溶液b按(0.8～1.2):1的质量比混合搅拌均匀，静置脱泡，进行湿法纺丝，干燥后获得直径为0.05～0.08mm的纤维，所述湿法纺丝过程中采用质量比为(0.1～0.3):1的二甲基亚砜和水作为凝固浴，凝固浴温度为5～10℃；
9.步骤四、将所述步骤三中制得的纤维编织成网状，即得所述石墨烯光催化网。
10.优选的是，所述石墨烯光催化网的孔隙率为50％。
11.优选的是，所述氧化石墨烯的微片大小为0.5～3μm，厚度为0.5～1.5nm。
12.优选的是，所述纳米二氧化钛的粒径为20～100nm。
13.优选的是，所述聚丙烯腈的分子量为80000～100000。
14.优选的是，所述可溶性聚酰亚胺的分子量为80000～100000。
15.优选的是，所述可溶性聚酰亚胺的制备方法为：取双酚a型二醚二酐加入至4,4
’‑
二胺基二苯醚的间-甲酚溶液中，室温下充分搅拌混合，逐步升温至200～250℃，氮气保护下充分反应18～20h，继续加入体积比为(2～4):1的三乙胺和乙酸酐，100℃条件下加热24～36h，导入甲醇中沉淀，过滤，干燥，制得所述可溶性聚酰亚胺。
16.优选的是，所述双酚a型二醚二酐和4,4
’‑
二胺基二苯醚的摩尔比为(1～1.1):1。
17.本发明至少包括以下有益效果：本发明使用的石墨烯光催化网，利用聚丙烯腈和聚酰亚胺混合纺丝，再分别在聚丙烯腈中引入氧化石墨烯，聚酰亚胺中引入纳米二氧化钛，提高了石墨烯光催化网的结构稳定性和性能稳定性，以此应用于湖塘治理中，提高水体处理效率和处理效果。
18.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
19.下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
20.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
21.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
22.实施例1
23.一种基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，具体步骤如下：
24.步骤一、取微片大小为1.5μm，厚度为1nm的氧化石墨烯超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入分子量为100000的聚丙烯腈，搅拌混合均匀，制成质量分数为10％的纺丝溶液a，其中，所述氧化石墨烯占聚丙烯腈质量的1％；
25.步骤二、取平均粒径为50nm的纳米二氧化钛超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入分子量为80000的可溶性聚酰亚胺，搅拌混合均匀，制成质量分数为10％的纺丝溶液b，其中，所述纳米二氧化钛占可溶性聚酰亚胺质量的0.5％；
26.步骤三、将上述纺丝溶液a和纺丝溶液b按1:1的质量比混合搅拌均匀，静置脱泡，进行湿法纺丝，干燥后获得直径为0.05mm的纤维，所述湿法纺丝过程中采用质量比为0.2:1的二甲基亚砜和水作为凝固浴，凝固浴温度为8℃；
27.步骤四、将所述步骤三中制得的纤维编织成孔隙率为50％的网状结构，制得石墨烯光催化网；
28.步骤五、将湖塘水面上的漂浮物打捞干净，将上述石墨烯光催化网平铺于水面上进行治理工作。
29.其中，所述聚丙烯腈、可溶性聚酰亚胺、氧化石墨烯、纳米二氧化钛等原料均为市售。
30.实施例2
31.一种基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，步骤同实施例1，不同的是所用可溶性聚酰亚胺的制备方法为：取摩尔比为1.02:1的双酚a型二醚二酐加入至4,4
’‑
二胺基二苯醚的间-甲酚溶液中，室温下充分搅拌混合，逐步升温至200℃，氮气保护下充分反应20h，继续加入体积比为3:1的三乙胺和乙酸酐，100℃条件下加热24h，导入甲醇中沉淀，过滤，干燥，制得所述可溶性聚酰亚胺。
32.实施例3
33.一种基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，具体步骤如下：
34.步骤一、取微片大小为0.5μm，厚度为0.5nm的氧化石墨烯超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入分子量为80000的聚丙烯腈，搅拌混合均匀，制成质量分数为12％的纺丝溶液a，其中，所述氧化石墨烯占聚丙烯腈质量的1.5％；
35.步骤二、取平均粒径为100nm的纳米二氧化钛超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入分子量为100000的可溶性聚酰亚胺，搅拌混合均匀，制成质量分数为8％的纺丝溶液b，其中，所述纳米二氧化钛占可溶性聚酰亚胺质量的1％；
36.步骤三、将上述纺丝溶液a和纺丝溶液b按1.2:1的质量比混合搅拌均匀，静置脱泡，进行湿法纺丝，干燥后获得直径为0.08mm的纤维，所述湿法纺丝过程中采用质量比为0.3:1的二甲基亚砜和水作为凝固浴，凝固浴温度为5℃；
37.步骤四、将所述步骤三中制得的纤维编织成孔隙率为50％的网状结构，制得石墨烯光催化网；
38.步骤五、将湖塘水面上的漂浮物打捞干净，将上述石墨烯光催化网平铺于水面上进行治理工作。
39.其中，所述聚丙烯腈、氧化石墨烯、纳米二氧化钛等原料均为市售。
40.所述可溶性聚酰亚胺的制备方法为：取摩尔比为1.1:1的双酚a型二醚二酐加入至4,4
’‑
二胺基二苯醚的间-甲酚溶液中，室温下充分搅拌混合，逐步升温至250℃，氮气保护下充分反应18h，继续加入体积比为2:1的三乙胺和乙酸酐，100℃条件下加热36h，导入甲醇中沉淀，过滤，干燥，制得所述可溶性聚酰亚胺。
41.对比例1
42.一种基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，具体步骤如下：
43.步骤一、取微片大小为1.5μm，厚度为1nm的氧化石墨烯和平均粒径为50nm的纳米二氧化钛，分别超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入分子量为100000的聚丙烯腈，搅拌混合均匀，制成质量分数为10％的纺丝溶液a，其中，所述氧化石墨烯占聚丙烯腈质量的1％，所述纳米二氧化钛占聚丙烯腈质量的0.5％；
44.步骤二、将上述纺丝溶液a静置脱泡，进行湿法纺丝，干燥后获得直径为0.06mm的纤维，所述湿法纺丝过程中采用质量比为0.2:1的二甲基亚砜和水作为凝固浴，凝固浴温度为8℃；
45.步骤三、将所述步骤二中制得的纤维编织成孔隙率为50％的网状结构，制得石墨烯光催化网；
46.步骤四、将湖塘水面上的漂浮物打捞干净，将上述石墨烯光催化网平铺于水面上进行治理工作。
47.其中，所述聚丙烯腈、氧化石墨烯、纳米二氧化钛等原料均为市售。
48.对比例2
49.一种基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，具体步骤如下：
50.步骤一、取微片大小为1.5μm，厚度为1nm的氧化石墨烯和平均粒径为50nm的纳米二氧化钛，分别超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入分子量为80000的可溶性聚酰亚胺，搅拌混合均匀，制成质量分数为10％的纺丝溶液b，其中，所述纳米二氧化钛占可溶性聚酰亚胺质量的0.5％，所述氧化石墨烯占可溶性聚酰亚胺质量的1％；
51.步骤二、将上述纺丝溶液b静置脱泡，进行湿法纺丝，干燥后获得直径为0.05mm的纤维，所述湿法纺丝过程中采用质量比为0.2:1的二甲基亚砜和水作为凝固浴，凝固浴温度为8℃；
52.步骤三、将所述步骤二中制得的纤维编织成孔隙率为50％的网状结构，制得石墨烯光催化网；
53.步骤四、将湖塘水面上的漂浮物打捞干净，将上述石墨烯光催化网平铺于水面上进行治理工作。
54.其中，所述聚丙烯腈、可溶性聚酰亚胺、氧化石墨烯、纳米二氧化钛等原料均为市售。
55.对比例3
56.一种基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，具体步骤如下：
57.步骤一、取微片大小为1.5μm，厚度为1nm的氧化石墨烯超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入分子量为100000的聚丙烯腈，搅拌混合均匀，制成质量分数为10％的纺丝溶液a，其中，所述氧化石墨烯占聚丙烯腈质量的1％；
58.步骤二、取分子量为80000的可溶性聚酰亚胺溶于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，制成质量分数为10％的纺丝溶液b；
59.步骤三、将上述纺丝溶液a和纺丝溶液b按1:1的质量比混合搅拌均匀，静置脱泡，进行湿法纺丝，干燥后获得直径为0.08mm的纤维，所述湿法纺丝过程中采用质量比为0.2:1的二甲基亚砜和水作为凝固浴，凝固浴温度为8℃；
60.步骤四、将所述步骤三中制得的纤维编织成孔隙率为50％的网状结构，制得石墨烯光催化网；
61.步骤五、将湖塘水面上的漂浮物打捞干净，将上述石墨烯光催化网平铺于水面上进行治理工作。
62.其中，所述聚丙烯腈、可溶性聚酰亚胺、氧化石墨烯、纳米二氧化钛等原料均为市售。
63.光催化性能检测
64.取实施例1～3以及对比例1～3制备的石墨烯光催化网，裁剪成0.1cm长的段状，分别置于10ml 10mg/l的甲基橙溶液中，避光搅拌30min，在太阳光下照射，反应6h后分批次取出2ml样品进行吸收测试，得到溶液中甲基橙的吸光度，根据朗伯比尔定律计算出甲基橙浓度，从而计算出甲基橙的降解率。
65.同样，取实施例1～3以及对比例1～3制备的石墨烯光催化网，裁剪成0.1cm长的段状，分别置于10ml 10mg/l的亚甲基蓝溶液中，避光搅拌30min，在太阳光下照射，反应6h后分批次取出2ml样品进行吸收测试，得到溶液中亚甲基蓝的吸光度，根据朗伯比尔定律计算
出甲基橙浓度，从而计算出亚甲基蓝的降解率。结果如表1所示：
66.表1
[0067] 甲基橙降解率亚甲基蓝降解率实施例193.3％94.8％实施例293.6％95.5％实施例393.5％95.3％对比例182.7％83.0％对比例281.4％82.7％对比例378.9％79.8％
[0068]
结果显示，实施例1～3中利用本发明所述方法制备的石墨烯光催化网材料的甲基橙降解率和亚甲基蓝的降解率明显优于对比例1～3，光催化性能好。
[0069]
水质检测
[0070]
取实施例1～3以及对比例1～3制备的石墨烯光催化网，剪裁相同面积的矩形结构，再取被污染湖塘同一位置处的水体分装于六个相同大小的水池中，在水池表面铺设上述剪裁后的石墨烯光催化网，将其边缘固定，并将六个水池置于相同的环境中放置10天，检测水质处理前后的变化情况，结果如表2所示：
[0071]
表2
[0072][0073]
结果显示，实施例1～3中利用本发明所述方法对配污染湖塘水体的治理效果显著，且实施例2和3利用本发明所述方法制备可溶性聚酰亚胺的治理效果更优，只是因为利用本发明所述方法制得的聚酰亚胺在有机溶剂n,n-二甲基甲酰胺中的溶解性更佳，且与纳米二氧化钛的相容性更好，提高了二氧化钛与纤维的结合牢靠性，提高光催化性能。对比例1中仅利用聚丙烯腈，将氧化石墨烯和纳米二氧化钛均分散于聚丙烯腈的纺丝液中，但氧化石墨烯和纳米二氧化钛在纤维的形成过程中容易互相遮蔽，影响催化活性，导致性能变差；对比例2中仅采用可溶性聚酰亚胺，将氧化石墨烯和纳米二氧化钛均分散于可溶性聚酰亚胺的纺丝液中，当此纤维长期浸泡于水中时，同样存在氧化石墨烯和纳米二氧化钛容易脱落的问题，影响实际使用效果；对比例3中未在体系中添加纳米二氧化钛，光催化活性和对
被污染水体的治理效果最差。
[0074]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

技术特征：
1.基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，其特征在于，包括以下步骤：将湖塘水面上的漂浮物打捞干净，将石墨烯光催化网平铺于水面上进行治理工作；其中，所述石墨烯光催化网的制备方法如下：步骤一、取氧化石墨烯超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入聚丙烯腈，搅拌混合均匀，制成质量分数为8～12％的纺丝溶液a，其中，所述氧化石墨烯占聚丙烯腈质量的0.1％～2％；步骤二、取纳米二氧化钛超声分散于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，加入可溶性聚酰亚胺，搅拌混合均匀，制成质量分数为8～12％的纺丝溶液b，其中，所述纳米二氧化钛占可溶性聚酰亚胺质量的0.2％～1％；步骤三、将上述纺丝溶液a和纺丝溶液b按0.8～1.2:1的质量比混合搅拌均匀，静置脱泡，进行湿法纺丝，干燥后获得直径为0.05～0.08mm的纤维，所述湿法纺丝过程中采用质量比为0.1～0.3:1的二甲基亚砜和水作为凝固浴，凝固浴温度为5～10℃；步骤四、将所述步骤三中制得的纤维编织成网状，即得所述石墨烯光催化网。2.如权利要求1所述的基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，其特征在于，所述石墨烯光催化网的孔隙率为50％。3.如权利要求1所述的基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的微片大小为0.5～3μm，厚度为0.5～1.5nm。4.如权利要求1所述的基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛的粒径为20～100nm。5.如权利要求1所述的基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的分子量为80000～100000。6.如权利要求1所述的基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，其特征在于，所述可溶性聚酰亚胺的分子量为80000～100000。7.如权利要求6所述的基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，其特征在于，所述可溶性聚酰亚胺的制备方法为：取双酚a型二醚二酐加入至4,4
’‑
二胺基二苯醚的间-甲酚溶液中，室温下充分搅拌混合，逐步升温至200～250℃，氮气保护下充分反应18～20h，继续加入体积比为2～4:1的三乙胺和乙酸酐，100℃条件下加热24～36h，导入甲醇中沉淀，过滤，干燥，制得所述可溶性聚酰亚胺。8.如权利要求7所述的基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，其特征在于，所述双酚a型二醚二酐和4,4
’‑
二胺基二苯醚的摩尔比为1～1.1:1。

技术总结
本发明公开了基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，包括以下步骤：将湖塘水面上的漂浮物打捞干净，将石墨烯光催化网平铺于水面上进行治理工作；所述石墨烯光催化网有聚丙烯腈和聚酰亚胺混合纺丝编织而成，其中所述聚丙烯腈中混合有氧化石墨烯，聚酰亚胺中混合有纳米二氧化钛。本发明所述基于石墨烯光催化网的湖塘治理方法，利用所述石墨烯光催化网的光催化作用，对污染湖塘进行治理，有效提高湖塘水体处理效果和处理效率。理效果和处理效率。


技术研发人员：叶明 王军平 李静 王宏旺 杨岩
受保护的技术使用者：中国水利水电第六工程局有限公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/11