一种用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，包括如下步骤：1、制备多基团修饰的氧化石墨烯；2、用水热法制备负载磁性纳米材料的石墨烯；3、用磁性纳米石墨烯吸附离子液体中的杂质，纯化离子液体。本发明的优点为用氧化石墨烯这种表面有大量的含氧官能团(包括羟基、环氧基、羧基)的新型纳米材料，对其赋予磁性，形成的磁性碳纳米材料（即磁性纳米石墨烯）不仅具有纳米材料的高吸附特性,又具有磁性材料的易分离特性，用其处理后的离子液体纯度高、杂质去除效果好，同时磁性纳米石墨烯可以回收再利用，整个纯化过程无污染、绿色环保、简易可行。
【专利说明】一种用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纯化离子液体的方法，尤其涉及一种用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，属于应用化学和化学工程领域。
【背景技术】
[0002]离子液体是近20年来新兴的一种绿色液体材料，它作为有机熔盐，具有不挥发、热稳定性高、电化学窗口宽、易‘裁剪’和功能化设计等诸多令人注目的特性，已在化学、化工、能源、环境等众多领域得到广泛的关注和取得重要研究进展。离子液体的应用范围非常广泛，与典型的有机溶剂不同，在离子液体里没有电中性的分子，100%是阴离子和阳离子，在负100°C至200°C之间均呈液体状态，具有良好的热稳定性和导电性，在很大程度上允许动力学控制；对大多数无机物、有机物和高分子材料来说，离子液体是一种优良的溶剂；表现出酸性及超强酸性质，使得它不仅可以作为溶剂使用，而且还可以作为某些反应的催化剂使用，这些催化活性的溶剂避免了额外的可能有毒的催化剂或可能产生大量废弃物的缺点；离子液体一般不会成为蒸汽，所以在化学实验过程中不会产生对大气造成污染的有害气体；价格相对便宜，多数离子液体对水具有稳定性，容易在水相中制备得到；离子液体还具有优良的可设计性，可以通过分子设计获得特殊功能的离子液体。总之，离子液体的无味、无恶臭、无污染、不易燃、易与产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点，是传统挥发性溶剂的理想替代品，它有效地避免了传统有机溶剂的使用所造成严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，为名副其实的、环境友好的绿色溶剂。适合于当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求，已经越来越被人们广泛认可和接受。
[0003]离子液体在使用过程中会混入杂质，例如用离子液体处理秸杆，离子液体会混如木质素、色素等杂质。混有杂质的离子液体功能将大大降低，因此有必要对离子液体进行纯化。而且离子液体成本较高，因此需要对离子液体进行回收再利用。传统的纯化方法需要对离子液体进行反复清洗，耗时耗力、成本高。
[0004]石墨烯作为一种新型材料，是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种炭质新材料，这种石墨烯晶体薄膜的厚度只有0.335nm，是头发直径的20万分之一，是目前已知的世界上强度最高的材料，是构建其它维数炭质材料的基本单元，具有极好的结晶性和电化学性能。由于石墨烯具有这些性能优异，成本低廉，可加工性好等优点，使其在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明的目的是提供一种用磁性纳米石墨烯快速而高效地纯化离子液体的方法。
[0006]技术方案:本发明所述的用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，包括如下步骤:
[0007](1)制备多基团修饰的氧化石墨烯；[0008](2)用水热法制备负载磁性纳米材料的石墨烯；
[0009](3)用磁性纳米石墨烯吸附离子液体中的杂质，纯化离子液体。
[0010]步骤(1)中，用Hummers法制备多基团修饰的氧化石墨烯。
[0011]步骤(2)中，所述磁性纳米磁性材料为纳米氧化铁或纳米氧化铺。
[0012]步骤(3)中，所述纯化离子液体的方法为在离子液体中加入磁性纳米石墨烯和去离子水，搅拌吸附其中的杂质，然后蒸馏离子液体，去除其中的水分，获得纯化的离子液体。其中，在室温条件下300-500r/min搅拌30_40min。
[0013]同时，在步骤(3 )之后，可对磁性纳米石墨烯回收。具体的回收方法为用磁铁回收，并用溶剂洗涤，然后用超声波处理，去除其吸附的杂质即可。所述溶剂为二甲基亚砜。
[0014]有益效果:本发明与现有技术相比，其显著优点为:将氧化石墨烯这种表面含有大量的含氧官能团(包括羟基、环氧基、羧基)的新型纳米材料，对其赋予磁性，形成的磁性碳纳米材料(即磁性纳米石墨烯)不仅具有纳米材料的高比表面积、高吸附特性的优势，又具有磁性材料的易分离特性，用其处理后的离子液体纯度高、杂质去除效果好，可回收再利用，降低成本，同时磁性纳米石墨烯也可以回收再利用，整个纯化过程无污染、绿色环保、简易可行。
【具体实施方式】:
[0015]下面对本发明的 技术方案作进一步说明。
[0016]实施例1:按照以下步骤进行反应。
[0017](1)用Hmnmers法制备富含多功能基团的氧化石墨烯
[0018]量取46mL浓硫酸和5.2ml磷酸倒入烧杯，烧杯放入冰浴中冷却至4°C以下，称取2g石墨粉放入烧杯，lh以后缓慢加入24g高锰酸钾，控制温度不超过10°C，反应时间共约2h。把烧杯移至恒温水浴锅，水浴温度控制在38°C反应0.5h，保持搅拌。在所得混合液中缓慢加入100mL的蒸馏水，保持混合液温度95°C反应30min，期间保持适度搅拌；高温反应后加入约120mL去离子水中止反应，加入适量的双氧水(30Vol%)直到不产生气泡，待反应约15min，加入20111110%的硝酸，然后再加入401^(1(^01%)的盐酸溶液。过滤洗涤去除过量的酸及副产物，将洗涤后呈中性的氧化石墨分散于水中，超声振荡剥离40min，超声结束后在6000r/min离心5min,上层液即是氧化石墨烯悬池液。产物_45°C真空冷冻干燥,获得富含多功能基团的氧化石墨烯。
[0019](2)用水热法制备负载纳米磁性铈的氧化石墨烯
[0020]取上述制备的干燥的氧化石墨烯0.5g，研磨至细粉末，将其分散于水中，超声振荡。将醋酸铈溶解到氧化石墨烯溶液中，同时加入一定量的表面活性剂柠檬酸，暴露于空气中半个小时。然后在强烈搅拌条件下滴加0.1M氢氧化钠或其他强碱至PH>9，搅拌悬液呈现黑色，形成二氧化铈纳米粒子负载到石墨烯表面，获得磁性纳米石墨烯。
[0021]也可用纳米氧化铁负载石墨烯，具体反应过程为:取上述制备获得的干燥的氧化石墨烯0.5g，研磨至细粉末，分散于水中，超声振荡。将硫酸亚铁溶解到氧化石墨烯溶液中，同时加入一定量的表面活性剂柠檬酸，暴露于空气中半个小时。然后在强烈搅拌条件下滴加强碱至PH>9，搅拌悬液呈现黑色，形成四氧化三铁纳米粒子负载到石墨烯表面，获得磁性纳米石墨烯。[0022](4)磁性纳米石墨烯纯化离子液体
[0023]取Ig磁性纳米石墨烯加入100g使用过的(含至少3中杂质)离子液体[丽頂][DMP]，加入50ml去离子水，室温400r/min搅拌30min吸附离子液体中的杂质。纯化后的离子液体之后进行100°C减压蒸馏除去水分，获得纯净的离子液体，检测纯化前后离子液体中的杂质含量。
[0024]表1纯化前后离子液体中杂质的量
【权利要求】
1.一种用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，其特征在于包括如下步骤:(1)制备多基团修饰的氧化石墨烯；(2)用水热法制备负载磁性纳米材料的石墨烯；(3 )用磁性纳米石墨烯吸附离子液体中的杂质，纯化离子液体。
2.根据权利要求1所述用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，其特征在于:步骤(1)中，用Hmnmers法制备多基团修饰的氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，其特征在于:步骤(2)中，所述磁性纳米磁性材料为纳米氧化铁或纳米氧化铈。
4.根据权利要求1所述用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，其特征在于:步骤(3)中，所述纯化离子液体的方法为在离子液体中加入磁性纳米石墨烯和去离子水，搅拌吸附其中的杂质，然后蒸馏离子液体，去除其中的水分，获得纯化的离子液体。
5.根据权利要求1所述用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，其特征在于:步骤(3)之后对磁性纳米石墨烯回收。
6.根据权利要求5所述用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，其特征在于:用磁铁回收磁性纳米石墨烯，并用溶剂洗涤，然后用超声波处理，去除其吸附的杂质即可。
7.根据权利要求6所述用磁性纳米石墨烯纯化离子液体的方法，其特征在于:所述溶剂为二甲基亚砜。
【文档编号】B01J20/30GK103664789SQ201310676424
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】李强, 季更生, 屠洁, 冯圆圆, 李天程, 赵翔 申请人:江苏科技大学