三维石墨烯泡沫-纳米金复合材料、其制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种纳米复合材料，特别是一种三维石墨烯泡沫-纳米金复合材料及 其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 硝基酚类化合物(如对硝基酚）作为主要的工业品原料，被广泛应用于制造农药和 染料等日常工业品，其自身和产品对环境的污染不容忽视。硝基对苯环的稳定作用使得硝 基酚类化合物难以被微生物降解，所以急需研究新的处理方法来降解环境中的硝基酚类化 合物（Photographic Science and Photochemistry，2007 年 01 期）。贵金属纳米材料，因 其突出的催化性质、电性质、磁性质和光学性质，近些年已逐渐在工业生产应用中得到广泛 应用(化学通报，2008年8期601页)。其中，纳米金颗粒在化学催化方面取得的成果更为显 著。
[0003] 参阅CN101973518A提供了一种纳米金-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其 主要包括：制备4-氨基苯硫醇/正己硫醇保护的纳米金；制备氧化石墨烯；将所述纳米金 与氧化石墨烯连接制备纳米金-氧化石墨烯纳米复合材料。但利用该方法获得的复合材料 中，纳米金在载体上的分散性不好，导致催化效率较低，同时制备步骤较多，耗时较长，效率 低下，成本高。
【发明内容】
[0004] 鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种三维石墨烯泡沫-纳米金 复合材料，其具有易于制备，催化性能高，能够重复使用，且使用寿命长等优点。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种制备所述三维石墨烯泡沫-纳米金复合材料的 方法，其具有操作简单，效率高，成本低等特点。
[0006] 本发明的又一目的在于提供前述三维石墨烯泡沫-纳米金复合材料的应用。
[0007] 为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案： 一种石墨烯泡沫-纳米金复合材料，包括： 三维石墨烯泡沫基体，该多孔泡沫结构中的孔的孔径为50~500 μ m，孔隙率> 95%， 以及，均匀分散负载于所述基体上的纳米金颗粒。
[0008] 较为优选的，所述纳米金颗粒的粒径为5~100 nm。
[0009] 较为优选的，所述复合材料包含纳米金颗粒。
[0010] -种三维石墨泡沫-纳米金复合材料的制备方法，包括：将三维石墨烯泡沫材料 以氧化试剂处理后，与带有正电荷的有机聚合物溶液充分反应，再与纳米金颗粒溶液充分 反应，获得所述三维石墨泡沫-纳米金复合材料。
[0011] 作为较为优选的实施方案之一，该制备方法包括：：将三维石墨烯泡沫材料在氧化 试剂中浸泡2 h以上，之后清洗，再与带有正电荷的有机聚合物溶液反应，所述氧化试剂为 HNOjP H2SO4的混合溶液，特别是体积比为I :3-5的HNOjP H2SO4的混合溶液。
[0012] 进一步的，所述带有正电荷的有机聚合物至少选自聚赖氨酸、多聚鸟氨酸、聚醚酰 亚胺，但不限于此。
[0013] 作为较为优选的实施方案之一，该制备方法包括：将经HNOjP H2SO4的混合溶液处 理后的三维石墨烯泡沫材料清洗后，再与浓度为〇. 〇l_5wt%的带有正电荷的有机聚合物溶 液反应1_60 min。
[0014] 作为较为优选的实施方案之一，该制备方法包括：将经带有正电荷的有机聚合物 溶液处理后的三维石墨烯泡沫材料清洗后，再与纳米金颗粒溶液反应20 min以上。
[0015] 前述三维泡沫石墨烯材料可利用业界已知的多种途径获取，例如可以通过CVD等 方式制备。
[0016] 作为较为具体的实施方案之一，该制备方法可以包括如下步骤： (a) 石墨烯预处理：用体积比为1:3的HNOjP H2SO4K混合溶液处理石墨烯，处理时间 为2 h以上，之后清洗、干燥后密封保存备用； (b) 向步骤a处理过的石墨烯加入浓度为0. lwt%的聚赖氨酸溶液，室温条件下孵育20 min，之后清洗干净，密封保存备用； (c) 向步骤b所得的混合物中加入不同粒径的纳米金颗粒，室温条件下反应20 min以 上，之后清洗干净，即得三维石墨烯泡沫-纳米金复合材料。
[0017] 前述任一种三维石墨烯泡沫-纳米金复合材料在降解有机污染物，特别是水相体 系(例如工业污水）内的有机污染物中的应用，所述有机污染物包括对硝基酚。
[0018] -种污水处理剂，包含前述的任一种三维石墨烯泡沫-纳米金复合材料。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：以三维石墨烯泡沫材料为载体，并 用HNOjP H 2S04的混合溶液处理后，通过物理吸附方法制备了均匀包覆在石墨烯表面的纳 米金颗粒，不仅工艺简单，还提高了纳米金颗粒的分散性，避免其发生团聚，且纳米金颗粒 大小、分布密度易于调控，同时所获复合材料整体呈三维多孔结构，具有稳定性好，对污染 分子的吸附快，降解活性高等优点，在化学催化以及污水处理等领域有着广阔的应用前景。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1中石墨烯泡沫-纳米金复合材料的扫描电镜图； 图2为实施例1中石墨烯泡沫-纳米金复合材料的扫描电镜形貌放大图； 图3为实施例1中石墨烯泡沫-纳米金复合材料的X射线衍射图； 图4为实施例1中石墨烯泡沫-纳米金复合材料对污水中对硝基酚的降解效率图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和若干实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
[0022] 实施例1: 将片状三维石墨烯泡沫完全浸泡于HNO3: H2SO4=I: 3的混合溶液中2 h以上，之后用去 离子水反复清洗至PH呈中性，置于烘箱中烘干，密封保存备用；将预处理过的片状石墨烯 放置于24孔板中，用去离子水清洗2-3遍后加入I mL 0. 1%聚赖氨酸,室温反应20 min ; 之后吸走反应液，用去离子水反复清洗干净，然后加入I mL平均粒径为10 nm的纳米金 颗粒溶液，室温反应20 min ;之后吸走反应液，用去离子水反复清洗干净后，即得石墨烯泡 沫-纳米金复合材料，可室温保存待用。
[0023] 向前述石墨烯泡沫-纳米金复合材料上加入2 mL含有I mM对硝基酚和100 mM NaBH4K-合溶液，室温振荡条件下反应，每隔一段时间取样，测量对硝基酚的降解效率。表 1中列出了本实施例中石墨烯泡沫-纳米金颗粒对于对硝基酚的降解效率。
[0024] 请参