多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于碳纳米材料领域，涉及一种多壁碳纳米管功能化石墨稀复合材料；本发明还涉及一种该复合材料的应用。
【背景技术】
[0002]一些新型碳纳米材料，如具有优越导热性、导电性和强的机械性能的一维结构的碳纳米管和二维结构的石墨烯复合材料，已应用到纳米电子学、纳米化学、催化、生物传感器、环境监测、医药等诸多领域。引起了人们的广泛关注。碳纳米材料表面高的疏水性使其对一些疏水性有机污染物具有很强的吸附性，特别是带有电子化合物可以和一些碳纳米材料发生相互作用，因此，碳纳米材料可能非常适合有机污染物的处理。此外，碳纳米管和石墨烯复合材料展现出更加优异的导热性和电子传输性能，尽管该复合材料在一些领域中具有这些优势，但提高它们的生物相容性、稳定性、分散性和催化活性仍然是一个挑战。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料，不仅弥补了石墨烯由于团聚而导致的导电性降低的缺陷，而且有效地增大了复合材料的比表面积。
[0004]本发明的另一个目的是提供一种上述功能化石墨烯复合材料的应用。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料，采用以下方法制得，具体步骤为:
步骤1:制备多壁碳纳米管分散液；
按体积比3: 1，分别取浓硫酸和硝酸，配制成混酸；
按体积比5: 2，分别取多壁碳纳米管分散液和混酸，混合均匀，回流6h，离心，二次蒸馏水洗涤固态物，真空干燥，得纯化多壁碳纳米管；
步骤2:按10mL浓硫酸中加入4?5 g石墨粉末、2?2.5 g硝酸钠、92 mL 二次蒸饱水以及质量是该石墨粉末质量3?4倍的高锰酸钾的比例，分别取浓硫酸、石墨粉、硝酸钠、二次蒸馏水和高锰酸钾；将石墨粉加入浓硫酸中，在冰浴中持续搅拌直到石墨粉末完全溶解，再依次加入硝酸钠和高锰酸钾后，从冰浴中取出置于室温下；加入二次蒸馏水，搅拌，再加入H2O2，直到溶液变为亮黄色为止；过滤，二次蒸馏水洗涤滤饼，真空干燥，得到氧化石墨烯;
步骤3:用水和步骤2得到的氧化石墨稀配置质量体积浓度为0.1 mg/mL的氧化石墨稀分散液，超声，用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液调节该氧化石墨烯分散液的pH为10?11 ;加入35 μ L水合肼和350 μ L氨水，在90°C温度下搅拌24h后，离心，洗涤，真空干燥，得到还原氧化石墨稀；
步骤4:取Img还原氧化石墨稀，加入1mL 二次蒸饱水超声，得分散液，加入
I,3，6，8-芘四磺酸钠溶液10mL，在65?75°C温度下搅拌4h，离心，真空干燥，制得功能化石墨稀;
步骤5:用水和功能化石墨稀配制质量体积浓度为0.5mg/mL的石墨稀悬浮液；用水和纯化多壁碳纳米管配制质量体积浓度为0.5mg/mL的分散液；按体积比3: 10，分别取浓度为3mmol/L的1，3，6，8-芘四磺酸钠溶液和该石墨烯悬浮液，混合形成反应液；按体积比1:1将分散液加入该反应液中，在65?75°C温度下持续搅拌5?6 h后，离心，洗涤，70?80°C温度下真空干燥，制得多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料。
[0006]本发明所采用的另一个技术方案是:一种上述制得的多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料的应用，用于测定生鲜肉及制品中的β 2受体激动剂。
[0007]本发明多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料中的石墨烯表面通过共价键结合更多的磺酸基基团，与表面带有正电荷的多壁碳纳米管通过静电作用很好的结合在一起，形成一种吸附性极强的复合纳米材料，极大地提高了石墨烯在水中的分散性和溶解性，弥补了石墨烯由于团聚而导致的导电性降低的缺陷，有效地增大了复合材料的比表面积。该功能化石墨烯复合材料有望用于改善石墨烯自身的缺陷而能够成为一种奇特的电化学生物传感器。该复合纳米材料作为吸附剂能够应用于生鲜肉及制品中β2受体激动剂的检测。与目前常用的阳离子交换固相萃取柱方法比较，极大缩短了检测前处理时间，降低了检测成本。
【附图说明】
[0008]图1是相同质量体积浓度的氧化石墨烯分散液(a瓶)、还原氧化石墨烯分散液(b瓶)和多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料(c瓶)的对比图片。
[0009]图2是本发明功能化石墨烯复合材料的透射电子显微镜图。
[0010]图3是本发明功能化石墨烯复合材料的扫描电子显微镜图。
[0011]图4是本发明功能化石墨烯复合材料的X射线衍射谱图。
[0012]图5是本发明功能化石墨烯复合材料的紫外光谱图。
[0013]图6是用多壁碳纳米管、石墨烯和多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料作为吸附剂分别对生鲜肉及制品中沙丁胺醇的吸附检测图。
[0014]图7是用多壁碳纳米管、石墨烯和多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料作为吸附剂分别对生鲜肉及制品中莱克多巴胺的吸附检测图。
[0015]图8是用多壁碳纳米管、石墨烯和多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料作为吸附剂分别对生鲜肉及制品中沙丁胺醇及莱克多巴胺混合物的吸附检测图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0017]本发明提供了一种多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料，不仅弥补了石墨烯由于团聚而导致的导电性降低的缺陷，而且有效地增大了复合材料的比表面积，极大地提高了石墨烯在水中的分散性和溶解性，提高了碳纳米管和石墨烯的生物相容性、稳定性、分散性和催化活性。该功能化石墨烯复合材料采用以下方法制得，具体步骤为:
步骤1:多壁碳纳米管纯化:
按100 mL 二次蒸馏水中加入50mg多壁碳纳米管的比例，将多壁碳纳米管加入二次蒸馏水中，超声30min，制得多壁碳纳米管分散液；
按体积比3: 1，分别取浓硫酸和硝酸，配制成混酸；
按体积比5: 2，分别取多壁碳纳米管分散液和混酸，混合均匀，65?75°C温度下回流6 h，离心，二次蒸馏水洗涤固态物三次，40°C真空干燥，得纯化多壁碳纳米管；
步骤2:制备氧化石墨稀:
按100 mL浓硫酸中加入4?5 g石墨粉末、2?2.5 g硝酸钠、92 mL 二次蒸饱水以及质量是该石墨粉末质量3?4倍的高锰酸钾的比例，分别取浓硫酸、石墨粉、硝酸钠、二次蒸馏水和高锰酸钾；将石墨粉加入浓硫酸中，在冰浴中持续搅拌直到石墨粉末完全溶解，再依次加入硝酸钠和高锰酸钾后，从冰浴中取出置于室温下；加入二次蒸馏水，搅拌30 min，再加入质量百分比浓度3%的H2O2，直到溶液变为亮黄色为止；过滤，滤饼用二次蒸馏水洗涤，70?80°C真空干燥6 h，得到氧化石墨烯(GO)；
步骤3:制备还原氧化石墨稀:
用水和步骤2得到的氧化石墨稀配置质量体积浓度为0.1 mg/mL的氧化石墨稀分散液，超声30min，用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液调节该氧化石墨稀分散液的pH为10?11 ;加入35 μ L水合肼和350 μ L氨水，在90°C温度下搅拌24h后，离心，洗涤，真空干燥6h，得到还原氧化石墨稀(rGO)；
步骤4:制备功能化石墨稀:
取I mg还原氧化石墨稀，加入