一种功能化石墨烯的制备方法及其在甲醛吸附中的应用与流程

本发明属于吸附技术领域，特别涉及一种功能化石墨烯的制备方法及其在甲醛吸附中的应用。

背景技术：

我国是使用甲醛和生产甲醛最多的国家之一。甲醛主要应用于化工生产、房地产建筑行业、室内装修行业、医疗行业以及木制品行业。在化工生产中，甲醛多被用作一种重要的有机化工原料和溶剂，不仅是合成树脂、橡胶、塑料的重要化工原料，也是许多化工产品的中间物质，正因为如此，我们的周围充满了甲醛，严重威胁着人们的日常生活和健康。甲醛会对健康造成各种影响，如中毒、过敏、哮喘、肺功能损害、癌症甚至死亡的案例屡见不鲜。甲醛对皮肤、眼睛和上呼吸道黏膜等引起刺激作用、致敏作用以及急性中毒，慢性中毒，甲醛暴露则可产生神经毒性、生殖毒性、遗传毒性、致癌作用和呼吸系统损害等问题。

目前，室内甲醛防治与控制的技术方法主要有：通风换气净化技术、臭氧氧化技术、吸附技术、光催化氧化技术、金属氧化物技术、空气负离子技术、植物净化技术和生物降解技术等。吸附技术是利用多孔型吸附剂层，将空气中的污染物吸附、富集从而达到净化空气的目的，常用吸附剂有多孔碳材料、竹炭、活性炭纤维、新型活性炭、大孔吸附树脂、沸石、硅胶、活性硅、活性氧化铝等。空气净化吸附剂一般具有比表面极大、吸附能力强、对气体有较高的吸附能力、能迅速吸附、环保、无污染、制造成本低等特点。吸附技术净化空气操作简单，易于推广，但是吸附具有可逆性，当温度、湿度、风速升高到一定程度，吸附的污染物又可能游离出来。

技术实现要素：

本发明的目的：为解决现有技术中存在的甲醛吸附净化不彻底，吸附的污染物在一定条件下又可能游离出来的问题，本发明提供一种功能化石墨烯的制备方法及其在甲醛吸附中的应用。

本发明功能化石墨烯的制备方法，步骤如下：

(1)将氧化石墨烯和二氧化钛加入去离子水中，搅拌并进行超声分散处理，得到氧化石墨烯、二氧化钛分散液，置于圆底烧瓶中；

(2)向步骤(1)的烧瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均匀，得到混合液；

(3)将步骤(2)得到的混合液置于油浴锅中反应，得到反应液；

(4)将步骤(3)得到的反应液冷却后离心分离，洗涤至近中性，经真空冷冻干燥得到功能化石墨烯粉末。

其中，步骤(1)中二氧化钛和氧化石墨烯的质量比为：20:1～30:1，优选为20:1；氧化石墨烯的质量浓度为0.03～0.06％，优选为0.05％；搅拌速度为200～300转/分钟，超声分散时间为：20～30分钟，优选为：搅拌速度为250转/分钟，超声分散时间为：25分钟。

步骤(2)中氨水和水合肼的体积比为10:1～20:1，优选为：15:1。

步骤(3)中的反应温度为80～100℃，反应时间为：0.5～2小时，优选为：反应温度为95℃，反应时间1h。

该方法制备的功能化石墨烯用于甲醛吸附，采用固定式甲醛检测仪对经功能化石墨烯吸收后的甲醛气体浓度进行检测，仪器的基线平稳后初始甲醛浓度为0.5ppm，样品温度恒定在20℃，经功能化石墨烯吸附后的甲醛浓度随时间的变化如图4所示。

有益效果：石墨烯作为一种新型碳材料，具有非常高的比表面积，易被官能团化，本发明通过采用氨水和水合肼对石墨烯进行功能化改性，在石墨烯的表面形成氨基集团，且在超声分散过程中加入二氧化钛，使其均匀分散在石墨烯的表面。由于石墨烯的高比表面积对甲醛具有很好的吸附效果，在吸附甲醛的过程中，一方面功能化石墨烯表面的氨基集团与甲醛进行反应，另一方面二氧化钛能够促进甲醛的分解，从而显著的降低了甲醛在吸附后游离现象的出现，因此，本发明方法制备的经氨水和水合肼改性得到的功能化石墨烯，在二氧化钛的协同作用下，对空气中的甲醛具有非常好的吸附效果的同时，有效地抑制了吸附后甲醛的游离。

附图说明

图1：功能化石墨烯的xrd测试图；

图2：功能化石墨烯的sem图；

图3：功能化石墨烯的ft-ir图；

图4：实施例1经功能化石墨烯吸附后的甲醛浓度随时间的变化曲线。

具体实施方式

实施例1

(1)将二氧化钛：氧化石墨烯按照20:1的质量比加入去离子水中，使氧化石墨烯的质量浓度为0.03％，在搅拌速度为200转/分钟下超声分散25分钟，得到氧化石墨烯、二氧化钛分散液，置于圆底烧瓶中；

(2)按照10:1的质量比向步骤(1)的烧瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均匀，得到混合液；

(3)将步骤(2)得到的混合液置于85℃油浴锅中反应2小时，得到反应液；

(4)将步骤(3)得到的反应液冷却后离心分离，洗涤至近中性，经真空冷冻干燥得到功能化石墨烯粉末。

采用固定式甲醛检测仪对经该方法制备的功能化石墨烯吸收后的甲醛气体浓度进行检测，仪器的基线平稳后初始甲醛浓度为0.5ppm，样品温度恒定在20℃。从图4可知：经该方法制备的功能化石墨烯吸附后的甲醛浓度经过6小时吸附达到平稳，甲醛去除率达到97％。

实施例2

(1)将二氧化钛：氧化石墨烯按照20:1的质量比加入去离子水中，使氧化石墨烯的质量浓度为0.05％，在搅拌速度为250转/分钟下超声分散25分钟，得到氧化石墨烯、二氧化钛分散液，置于圆底烧瓶中；

(2)按照15:1的质量比向步骤(1)的烧瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均匀，得到混合液；

(3)将步骤(2)得到的混合液置于95℃油浴锅中反应1小时，得到反应液；

(4)将步骤(3)得到的反应液冷却后离心分离，洗涤至近中性，经真空冷冻干燥得到功能化石墨烯粉末。

测试方法同实施例1，经该方法制备的功能化石墨烯吸附甲醛，经过6小时吸附，甲醛去除率达到98.2％。

实施例3

(1)将二氧化钛：氧化石墨烯按照30:1的质量比加入去离子水中，使氧化石墨烯的质量浓度为0.05％，在搅拌速度为250转/分钟下超声分散25分钟，得到氧化石墨烯、二氧化钛分散液，置于圆底烧瓶中；

(2)按照15:1的质量比向步骤(1)的烧瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均匀，得到混合液；

(3)将步骤(2)得到的混合液置于100℃油浴锅中反应0.5小时，得到反应液；

(4)将步骤(3)得到的反应液冷却后离心分离，洗涤至近中性，经真空冷冻干燥得到功能化石墨烯粉末。

测试方法同实施例1，经该方法制备的功能化石墨烯用于吸附甲醛，经过6小时吸附，甲醛去除率达到97.6％。

实施例4

(1)将二氧化钛：氧化石墨烯按照20:1的质量比加入去离子水中，使氧化石墨烯的质量浓度为0.06％，在搅拌速度为300转/分钟下超声分散25分钟，得到氧化石墨烯、二氧化钛分散液，置于圆底烧瓶中；

(2)按照20:1的质量比向步骤(1)的烧瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均匀，得到混合液；

(3)将步骤(2)得到的混合液置于100℃油浴锅中反应0.5小时，得到反应液；

(4)将步骤(3)得到的反应液冷却后离心分离，洗涤至近中性，经真空冷冻干燥得到功能化石墨烯粉末。

测试方法同实施例1，经该方法制备的功能化石墨烯吸附甲醛，经过6小时吸附，甲醛去除率达到97.9％。

对比实施例1

(1)将氧化石墨烯加入去离子水中，使氧化石墨烯的质量浓度为0.05％，在搅拌速度为250转/分钟下超声分散25分钟，得到氧化石墨烯分散液，置于圆底烧瓶中；

(2)按照15:1的质量比向步骤(1)的烧瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均匀，得到混合液；

(3)将步骤(2)得到的混合液置于95℃油浴锅中反应1小时，得到反应液；

(4)将步骤(3)得到的反应液冷却后离心分离，洗涤至近中性，经真空冷冻干燥得到功能化石墨烯粉末。

测试方法同实施例1，经该方法制备的功能化石墨烯吸附甲醛，经过6小时吸附后，甲醛去除率为87.9％。

对比实施例2

测试方法同实施例1，将市售石墨烯用于吸附甲醛，经过6小时吸附，甲醛去除率仅为65.9％。