一种氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料的制备方法

文档序号:9917989阅读:579来源:国知局
一种氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及吸附材料和光催化降解材料制备技术领域,具体设及一种氧化石墨 締/二氧化铁纳米管复合材料的制备方法
【背景技术】
[0002] 氧化石墨締是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维 晶体,它的晶格是由六个碳原子围成的六边形,厚度为一个原子层。石墨締层的原子均为表 面原子,其表面积非常大,是天然的吸附材料。其易于制备、成本低廉等优势使得石墨締吸 附材料成为水处理研究中的热点。石墨締及其复合材料已经在重金属、染料、杀虫剂、抗生 素、石油等污染物的治理方面得到应用。对石墨締进行闲参杂可W使其具有优异的光催化性 能。二氧化铁纳米管W其一维特征,具有比表面积大、吸附强、传导性高、带隙可调和化学稳 定性良好等优点,在光催化、水分解、传感和染料敏化太阳能电池等领域应用前景广阔。在 中性及碱性环境下,二氧化铁呈电负性,而水溶液中的金属元素离子带有正电荷,二氧化铁 可W很容易的吸附水溶液中的金属污染离子。将二氧化铁纳米管加入到石墨締中,利用氧 化石墨締与二氧化铁纳米管的协同作用,可W有效促进石墨締的吸附性能。例如专利文献 CN 103464122A公开了一种石墨締/壳聚糖吸附树脂的制备方法,专利文献CN 103521191A 公开了一种二氧化铁/壳聚糖/氧化石墨締复合材料的制备方法及应用,运些公开的技术方 案对金属离子和有机废水的处理效果不理想,并且目前的氧化石墨締与二氧化铁纳米管复 合材料的大多是纳米尺度,而纳米尺度的材料的回收再利用较难,因此将复合材料制备为 利于回收再利用的宏观块体材料,成为材料开发的一种趋势。现在技术中,尚未有关一种宏 观尺度氧化石墨締/二氧化铁纳米管复合材料的制备方法的文献报道。

【发明内容】

[0003] 本发明旨在克服本现有技术中材料组份易团聚、分散性差,且难W回收再利用等 问题,提供一种宏观尺度块体的氧化石墨締与二氧化铁纳米管复合材料的制备方法。
[0004] 本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优 点。
[0005] 为了实现根据本发明的运些目的和其它优点,提供了一种氧化石墨締/二氧化铁 纳米管复合材料的制备方法,包括W下步骤:
[0006] 步骤一、按重量份,取1~5份二氧化铁纳米管和0.3~0.5份分散剂,加入80~120 份蒸馈水中,W300~5(K)r/min揽拌6~8天,得到二氧化铁纳米管分散液,然后将二氧化铁 纳米管分散液在3000~5000r/min的速度下离屯、8~12min,取上层浊液待用;
[0007] 步骤二、在常溫下,将壳聚糖加入2wt%的冰乙酸中,W300~50化/min揽拌12~ 36h,配制成浓度为1~3wt %的壳聚糖溶液,然后静置24h;按重量份,取3~8份壳聚糖溶液 的上层清液,加入3~8份步骤一中的上层浊液,W300~50化/min揽拌12~36h,然后在8000 ~150(K)r/min的速度下离屯、5~8min,取离屯、得到的沉淀物用去离子水清洗2~5次;
[000引步骤Ξ、按重量份,取0.01~0.1份清洗后的沉淀物质加入到30~80份1~2mg/mL 的氧化石墨締溶液中,W300~5(K)r/min揽拌1~化,使其混合均匀后,转移到聚四氣乙締反 应蓋中,150~180°C反应8~15h,将反应产物冷冻干燥;
[0009] 步骤四、将冷冻干燥后的反应产物置于管式气氛炉中,通入N曲,升溫至400~500 °C,保溫1~化,制得块体状的氧化石墨締/二氧化铁纳米管复合材料。
[0010] 优选的是,所述二氧化铁纳米管的制备方法为:按重量份,取0.5~1份二氧化铁粉 末加入到50~100份10M的氨氧化钢溶液中,超声1~化再揽拌1~化使其混合均匀,将悬浮 液转移到聚四氣乙締反应蓋中,130°C反应2地,反应完成冷却至室溫后,将反应产物分别经 过Ξ次水洗-酸洗-水洗至中性后,干燥、研磨制得二氧化铁纳米管。
[0011] 优选的是,所述步骤一中,分散剂为离子液体。
[0012] 优选的是,所述离子液体为1-乙基-3-甲基氯化咪挫、1-下基-3-甲基氯化咪挫、1- 正十六烷基-3甲基漠化咪挫、1-己基-3-甲基咪挫四氣棚酸盐中的一种。
[0013] 优选的是,所述步骤一中,在揽拌过程中向分散液施加超声;所述步骤二中,在壳 聚糖溶液与步骤一中的上层浊液进行混合揽拌的过程中施加超声;所述步骤Ξ中,揽拌过 程中施加超声;所述超声的功率为800~1200W,频率为25~50Ifflz。
[0014] 优选的是,所述步骤二中,壳聚糖由0-簇甲基壳聚糖、N-簇甲基壳聚糖、N,N-二簇 甲基壳聚糖、N,0-簇甲基壳聚糖、簇甲基淀粉钢、簇甲基纤维素钢中的一种代替。
[0015] 优选的是,所述步骤Ξ中,冷冻干燥的溫度为-50~-30°C。
[0016] 优选的是,所述步骤四中,升溫速率为8~12°C/min;N曲的通气速度为30~50mL/ min。
[0017] 优选的是,所述步骤四替换为:将冷冻干燥后的反应产物置于旋转管式气氛炉中, 从室溫升至l〇〇°C抽真空,保溫10~30min,然后W30~50mL/min的气流速度通入畑3,W8~ 12°C/min的速度升溫至150~200°C,保溫30~60min,然后W2~5°C/min的速度升溫至300 ~400°C,保溫30~60min,然后W0.5~rC/min的速度升溫至450~500°C,保溫2~化,制得 块体状的氧化石墨締/二氧化铁纳米管复合材料;所述旋转管式气氛炉的旋转速度为10~ 15r/min。
[0018] 优选的是,所述升溫采用微波加热升溫,所述微波加热的频率为915MHz。
[0019] 本发明中,所述氧化石墨締的制备方法为:称取5.00重量份石墨片与3.75重量份 的化N03加入反应器,机械揽拌下缓慢加入100~200重量份的浓硫酸,揽拌0.化;继续缓慢 加入20重量份的KMn化,0.5h加完;继续揽拌20h后,由于反应物粘度增大,电动揽拌失效,停 止揽拌,此时溶液为紫红色,夹杂着少量亮片;放置5天,期间不间断人工揽拌反应物;之后 缓慢加入500重量份去离子水,用玻璃棒边加边揽拌,之后再缓慢加入20~50重量份出化,此 时颜色变化较明显,加双氧水之后变成亮黄色;收集所有固体产品:将反应液离屯、,倒去上 清液,W去除小分子,在1000化pm下离屯、lOmin反复用去离子水洗涂离屯、4次左右;收集单层 氧化石墨締,先6000巧m离屯、,lOmin,收集上层液,加水分散下层沉淀,再次离屯、(600化pm, lOmin ),再次收集上层液,如此反复,直至上层液清澈;进一步收集单层氧化石墨締: 4000rpm离屯、,lOmin,收集上层液,加水分散下层沉淀,再次离屯、(4000rpm,lOmin),再次收 集上层液,如此反复,直至上层液清澈,将最后固体丢弃,除去多层杂质:将收集的上述单层 氧化石墨締液体产品混在一起,400化pm离屯、,5min,收集上层粘稠黄色液体(单层氧化石墨 締),丢弃固体沉淀,将氧化石墨締液体进行浓缩,将上层透明液体倒去,600化pm离屯、lOmin 收集下层粘稠黄色氧化石墨締,将离屯、后的氧化石墨締透析7天W上更充分地除去小分 子,透析时需每天换水),常溫烘干,得到氧化石墨締。
[0020] 本发明中,步骤四的过程为复合材料的闲参杂过程,闲参杂能够提高复合材料的光 催化性能。
[0021] 本发明至少包括W下有益效果:
[0022] (1)采用本发明,根据纳米粒子间存在的相互作用,通过二氧化铁纳米管表面修饰 和表面处理,改善纳米管表面结构状态,降低纳米管间的相互吸引,避免纳米粒子的团聚, 改性后的纳米管分散性和流变性更好稳定性更高。解决了目前纳米管仍存在易团聚、分散 性差,易形成二次粒子等问题。
[0023] (2)采用本发明,氮渗杂能够提高复合材料的光催化性能,使复合材料具有良好的 光催化性能,可W有效对废水中的有机物质进行光催化降解。
[0024] (3)采用本发明,制备的氧化石墨締/二氧化铁纳米管复合材料,采用的是自制氧 化石墨締,避免了石油化工生产的聚合高分子,节约能源,环境友好,通过氧化石墨締替代 聚合高分子不仅可W节省资源和合理利用资源,一定程度上也有助于缓解国家能源危机。
[0025] (4)采用本发明,制备的氧化石墨締/二氧化铁纳米管复合材料具有重量轻、机械 强度高、热稳定性高、绿色友好、材料规整好、吸附性能强等优点,可广泛应用于环境废水处 理材料。
[00%] (5)本发明制备工艺简单,操作方便。
[0027] 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。
【附图说明】:
[0028] 图1为本发明实施例1制备的氧化石墨締/二氧化铁纳米管复合材料的扫描电镜 图;
[0029] 图2为本发明实施例1制备的氧化石墨締/二氧化铁纳米管复合材料的外观示意 图;
[0030] 图3为本发明实施例2制备的氧化石墨締/二氧化铁纳米管复合材料的外观示意 图;
[0031] 图4为本发明实施例3制备的氧化石墨締/二氧化铁纳米管复合材料的外观示意 图。
【具体实施方式】:
[0032] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,W令本领域技术人员参照说明书文 字能够据W实施。
[0033] 应当理解,本文所使用的诸如"具有"、"包含"W及"包括"术语并不配出一个或多 个其它元件或其组合的存在或添加。
[0034] 本发明中的复合材料是采用均匀分散的由改进化mmer法制备的氧化石墨締水溶
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