一种TiO2-GO/NiFe-LDH复合材料的制备方法与流程

一种tio
2-go/nife-ldh复合材料的制备方法
技术领域
[0001]
本发明涉及一种tio
2-go/nife-ldh复合材料的制备方法，具体地说，是涉及一种具有良好吸附性和超高比表面积的一种tio
2-go/nife-ldh复合材料的制备方法。


背景技术：

[0002]
随着我国经济的发展，工业也得到了快速的发展，工业废水大量排放，水污染问题日益严重。工业污水含有大量重金属离子、有机物和染料分子等污染物，这些污染物会通过水体富集经食物链进入人体，对人体产生严重危害。目前污水处理方法有物理方法、化学方法和生物方法，其中物理吸附技术因为工艺简单、成本低廉和去污效率高等优点而备受关注，寻找一种合适的吸附材料成为目前的研究热点。
[0003]
与传统吸附材料相比，石墨烯具有很多独特的优势，氧化石墨烯(go)是石墨烯的一种衍生物，氧化石墨烯具有和石墨烯极其相近的层状结构，同时表面富含大量如羟基、环氧基、羧基等活性基团，使得氧化石墨烯拥有了比石墨烯更多的化学性质，利用化学修饰反应调控氧化石墨烯结构及其所带的功能基团，使得氧化石墨烯在催化、吸附及制备氧化石墨烯增强增韧复合材料等方面具有很大的应用潜力。二氧化钛具有资源丰富、廉价易得、无毒无害、化学稳定性好等优点，利用二氧化钛光催化法可以处理微生物氧化法、臭氧消毒法和物理吸附法等难以处理的工业废水中的有机污染物及重金属污染物。将其负载在氧化石墨烯上可以进一步提高它的光降解效率。同时，负载层状双金属氢氧化物(ldhs)可以增加结合水和氢氧根离子的含量，以提供更多强氧化性自由基用于降解有机污染物，同时也使得氧化石墨烯具有磁性，对污水中重金属具有更好的吸附性能。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种tio
2-go/nife-ldh复合材料的制备方法，所述的tio
2-go/nife-ldh复合材料包括以下原料：氧化石墨烯、硝酸镍、硝酸铁、钛酸丁酯、去离子水和乙醇。其制备方法包括以下步骤：
[0005]
(1)称取0.5-1.5g氧化石墨烯加入100ml去离子水中，超声分散，加入0.29-1.16g ni(no3)2·
6h2o、0.4-1.6g fe(no3)3·
9h2o和0.18-0.54g尿素，90℃下磁力搅拌2h，之后水热反应，最后用去离子水洗涤，真空干燥；
[0006]
(2)将步骤(1)产物加入20ml无水乙醇中，超声分散一小时，在磁力搅拌下加入14-56ml钛酸丁酯，再滴加10ml去离子水和15ml无水乙醇，超声2h至溶液混合均匀后将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，水热反应，陈化24h，洗涤干燥；
[0007]
(3)将步骤(2)产物置于马弗炉中煅烧，之后置于去离子水中静置24h，冷冻干燥。
[0008]
优选的，所述步骤(1)中氧化石墨烯、ni(no3)2·
6h2o、fe(no3)3·
9h2o和尿素的质量比为1:(0.5-1):(0.5-0.8):(1-1.5):(0.3-0.5)。
[0009]
优选的，所述步骤(2)中去离子水和钛酸丁酯的体积比为1:(1.4-6)。
[0010]
优选的，所述步骤(1)中水热反应温度为100-150℃，反应时间为1-4h。
[0011]
优选的，所述步骤(2)中水热反应温度为120-180℃，反应时间为18-30h。
[0012]
优选的，所述步骤(3)中煅烧温度为400-600℃，反应时间为1-4h。
[0013]
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
[0014]
本发明提供了一种tio
2-go/nife-ldh复合材料的制备方法，所述工艺非常简单，得到的tio
2-go/nife-ldh复合材料具有良好的吸附性，ldhs材料的负载增强了其磁性，使其对污水中重金属具有更好的吸附性，tio2的负载使材料在光催化下也能有效降解污水中有机污染物。本发明提供的材料可以多次循环利用。另外，该方法简单且易操作，反应温和，制备的污水处理材料具有优异的吸附性。
附图说明
[0015]
图1为利用本发明实施例1制备的tio
2-go/nife-ldh复合材料的扫描电子显微镜(sem)图；
[0016]
图2为利用本发明实施例2制备的tio
2-go/nife-ldh复合材料的透射电子显微镜(tem)图；
[0017]
图3为利用本发明实施例3制备的tio
2-go/nife-ldh复合材料的用量和pb
2+
去除率关系曲线图；
[0018]
图4为利用本发明实施例4制备的tio
2-go/nife-ldh复合材料的用量和cd
2+
去除率关系曲线图。
具体实施方式
[0019]
实施例1：
[0020]
一种tio
2-go/nife-ldh复合材料，具体包括以下制备步骤：
[0021]
(1)称取1g氧化石墨烯加入100ml去离子水中，超声分散，加入0.58g ni(no3)2·
6h2o、0.8g fe(no3)3·
9h2o和0.36g尿素，90℃下磁力搅拌2h，之后120℃下水热反应2h，最后用去离子水洗涤，真空干燥；
[0022]
(2)将步骤(1)产物加入20ml无水乙醇中，超声分散一小时，在磁力搅拌下加入28ml钛酸丁酯，再滴加10ml去离子水和15ml无水乙醇，超声2h至溶液混合均匀后将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，在150℃下水热反应24h，陈化24h，洗涤冷冻干燥；
[0023]
(3)将步骤(2)产物置于马弗炉中，在500℃下煅烧2h，之后置于去离子水中静置24h，冷冻干燥，得到tio
2-go/nife-ldh复合材料。
[0024]
如图1所示，实施例1制备的tio
2-go/nife-ldh复合材料为纳米颗粒，从图2可以看出实施例1制备的tio
2-go/nife-ldh复合材料为纳米片状，且纳米片中负载了纳米颗粒。
[0025]
分别称取0.01-0.15g实施例一所述方法制备的样品于50ml离心管中，加入50ml pb
2+
溶液中振荡120min后，用紫外分光光度计测定其剩余浓度，作出用量和pb
2+
去除率关系曲线图，如图3所示，可以看出由实施例1所制备的tio
2-go/nife-ldh复合材料对溶液中pb
2+
的吸附效果逐步提高最终趋于稳定，在0.07g时均达到93％以上；相应的，如图4所示，可以看出由实施例1所制备的tio
2-go/nife-ldh复合材料对溶液中cd
2+
的吸附效果逐步提高最终趋于稳定，在0.07g时均达到90％以上。
[0026]
实施例2：
[0027]
一种tio
2-go/nife-ldh复合材料，具体包括以下制备步骤：
[0028]
(1)称取0.5g氧化石墨烯加入100ml去离子水中，超声分散，加入0.29g ni(no3)2·
6h2o、0.4g fe(no3)3·
9h2o和0.18g尿素，90℃下磁力搅拌2h，之后100℃下水热反应1h，最后用去离子水洗涤，真空干燥；
[0029]
(2)将步骤(1)产物加入20ml无水乙醇中，超声分散一小时，在磁力搅拌下加14ml钛酸丁酯，再滴加10ml去离子水和15ml无水乙醇，超声2h至溶液混合均匀后将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，在120℃下水热反应18h，陈化24h，洗涤冷冻干燥；
[0030]
(3)将步骤(2)产物置于马弗炉中，在400℃下煅烧1h，之后置于去离子水中静置24h，冷冻干燥，得到tio
2-go/nife-ldh复合材料。
[0031]
实施例3：
[0032]
一种tio
2-go/nife-ldh复合材料，具体包括以下制备步骤：
[0033]
(1)称取1.5g氧化石墨烯加入100ml去离子水中，超声分散，加入1.16g ni(no3)2·
6h2o、1.6g fe(no3)3·
9h2o和0.54g尿素，90℃下磁力搅拌2h，之后150℃下水热反应4h，最后用去离子水洗涤，真空干燥；
[0034]
(2)将步骤(1)产物加入20ml无水乙醇中，超声分散一小时，在磁力搅拌下加入56ml钛酸丁酯，再滴加10ml去离子水和15ml无水乙醇，超声2h至溶液混合均匀后将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下水热反应30h，陈化24h，洗涤冷冻干燥；
[0035]
(3)将步骤(2)产物置于马弗炉中，在600℃下煅烧4h，之后置于去离子水中静置24h，冷冻干燥，得到tio
2-go/nife-ldh复合材料。
[0036]
实施例4：
[0037]
一种tio
2-go/nife-ldh复合材料，具体包括以下制备步骤：
[0038]
(1)称取1g氧化石墨烯加入100ml去离子水中，超声分散，加入0.58g ni(no3)2·
6h2o、0.8g fe(no3)3·
9h2o和0.36g尿素，90℃下磁力搅拌2h，之后120℃下水热反应2h，最后用去离子水洗涤，干燥后记为步骤(1)产物；
[0039]
(2)将步骤(1)产物加入20ml无水乙醇中，超声分散一小时，在磁力搅拌下加入28ml钛酸丁酯，再滴加10ml去离子水和15ml无水乙醇，超声2h至溶液混合均匀后将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下水热反应30h，陈化24h，洗涤冷冻干燥；
[0040]
(3)将步骤(2)产物置于马弗炉中，在600℃下煅烧4h，之后置于去离子水中静置24h，冷冻干燥，得到tio
2-go/nife-ldh复合材料。
[0041]
对比例1：
[0042]
(1)称取1g氧化石墨烯加入100ml去离子水中，超声分散，加入0.58g ni(no3)2·
6h2o、0.8g fe(no3)3·
9h2o和0.36g尿素，90℃下磁力搅拌2h，之后120℃下水热反应2h，最后用去离子水洗涤，真空干燥。
[0043]
对比例2：
[0044]
(1)称取1g氧化石墨烯加入100ml去离子水中，超声分散，超声分散一小时后，在磁力搅拌下加入28ml钛酸丁酯，再滴加10ml去离子水和15ml无水乙醇，超声2h至溶液混合均匀后将溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下水热反应30h，陈化24h，洗涤冷冻干燥；
[0045]
(3)将步骤(1)产物置于马弗炉中，在600℃下煅烧4h，之后置于去离子水中静置24h，冷冻干燥。
[0046]
配置6l次甲基蓝浓度为40mg/l，pb
2+
浓度为40mg/l，cd
2+
浓度为40mg/l，甲基橙浓度为40mg/l的溶液。将溶液分成6份，每份1l，分别加入10g实施例1-4得到的负载铁铜氧化物的go/pva复合水凝胶和对比例1-2的产物，置于太阳光照射下搅拌2h，之后取每份吸附后溶液上清液，利用紫外分光光度计测量其中各离子浓度。
[0047]
利用紫外分光光度计测量污水中各不同组分浓度，首先以去离子水作为参照，配置不同浓度的标准溶液，利用紫外分光光度计测定溶液浓度，将浓度-吸光度标准曲线在最佳波长下绘制备用，在接下来的实验过程中，吸附后的污水浓度由吸光度标准曲线计算得出，如果遇到超出最大测试浓度的染料溶液，则需要通过稀释到最大值以下再进行测量，尽量减小测量误差。
[0048][0049]
表1实施例与对比例污水处理结果
[0050][0051]
从实施例1-4对污水中次甲基蓝、重金属离子以及甲基橙的去除率可以看出，实施例1-4制备的tio
2-go/nife-ldh在加入2h后就可以去除溶液中90％以上的污染物，其中对重金属离子的去除率高于95％，说明具有非常优异的去除水中污染物的能力，说明了本发明所制备材料可用于污水处理，并且工作效率高，能很好的起到绿色治理污水的目的。从实施例1-4和对比例1-2对污水中不同污染物的去除率可以看出，利用本发明制作的tio
2-go/nife-ldh复合材料比负载nife-ldh的氧化石墨烯和负载tio2的氧化石墨烯性能要优异的多，证明了该复合材料的优越性。