一种磁性还原氧化石墨烯基复合材料、其制备方法及应用

本发明涉及纳米材料和环境科学领域，尤其涉及一种膨胀度可控的磁性还原氧化石墨烯基复合材料、其制备方法及其在含油废水处理中的应用。

背景技术：

1、还原氧化石墨烯基材料，如磁性还原氧化石墨烯颗粒、还原氧化石墨烯滤膜和磁性还原氧化石墨烯气凝胶等因具有良好的亲油性、低密度、高孔隙率、高吸油倍率及优异的光热转换效率等优点被广泛地作为油水分离材料应用于含油废水处理领域。常见的含油废水以海洋溢油造成的浮油和工业排放引发的乳化油为主，磁性还原氧化石墨烯颗粒因其优异的重复吸附性和循环性、低成本、环境友好等优点而备受关注。近些年来随着复合材料制备技术的不断发展，已经可以通过多种化学或物理的方法合成磁性还原氧化石墨烯基复合材料，但磁性还原氧化石墨烯复合材料的亲疏水性、颗粒层数和颗粒膨胀度难以调控，一直限制了其在环境治理领域的广泛应用。

2、针对磁性还原氧化石墨烯基复合材料存在的这些缺点，一些方法被运用去尝试调控还原氧化石墨烯基材料的亲疏水性、颗粒层数和颗粒膨胀度。目前已有一些方法尝试去制备亲疏水性、颗粒层数和颗粒膨胀度可控的磁性还原氧化石墨烯基复合材料，公开号cn109292765a的中国申请发明专利公开了一种制备低层数还原氧化石墨烯的方法，该专利提出以氧化石墨烯为原料，通过将具有第二层数的氧化石墨烯置于惰性气氛中，并经过微波和光波辐照得到低层数还原氧化石墨烯。公开号cn106145097a的中国申请发明专利公开了一种亲疏水性可控的还原氧化石墨烯的制备方法，该方法通过调控溶剂热体系的ph值、合成反应温度和反应时间、溶剂类型以及原料浓度，实现亲疏水性还原氧化石墨烯的可控制备。公开号cn111072015a的中国申请发明专利公开了一种低膨胀热还原氧化石墨烯的制备方法，它将氧化石墨烯与无机盐、乙醇按一定比例混合，通过高温加热和机械球磨的方法制备出低膨胀热还原氧化石墨烯，所制备的材料可以有效降低润滑脂的摩擦系数，提升润滑脂的性能。上述方法涉及高温和特殊的精密设备，不利于工业化大规模生产，并且制备的还原氧化石墨烯材料无磁性，难以回收。公开号cn109896520a的中国申请发明专利公开了一种磁性还原氧化石墨烯纳米复合材料及其制备方法和应用，它通过在还原氧化石墨烯表面沉积磁性铁酸镍纳米晶改善还原氧化石墨烯的团聚问题，提高了复合材料的磁性和微波吸收能力。公开号cn111318255a的中国申请发明专利公开了磁性还原氧化石墨烯基复合材料及其制备方法和应用，它先采用溶剂热法制备fe3o4@go，然后将fe3o4@go与亚铁盐水溶液以及丙烯酸混合，在辐照条件下制得磁性还原氧化石墨烯基复合材料(fe3o4@go-g-paa)，所制备的复合材料具有良好的重金属离子吸附性能。公开号cn113395888a的中国申请发明专利公开了一种空心四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米复合吸波材料及其制备方法，该方法包括：空心四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备和复合材料的应用，负载的空心四氧化三铁明显增强了还原氧化石墨烯的磁损耗能力，改善了其电磁阻抗匹配特性。上述方法虽然解决了还原氧化石墨烯的回收问题，但复合材料的亲疏水性、颗粒层数和颗粒膨胀度可控性较差，无法根据需求制备相应的复合材料。

3、另外，最近一些文献通过化学沉积(environmental science and pollutionresearch,2018,25(21):21036-21048；tribology international,2020,141:105952)和一步溶剂热法(chemosphere,2021,283:131232；chemical engineering journal,2022,427：130904)来制备磁性还原氧化石墨烯复合材料，并成功地应用在润滑油性能改性、有机污染物吸附和石油类物质的分离，然而，这些文献制备的复合材料的膨胀度和亲疏水性都是特定，且复合材料中还原氧化石墨烯的层数难以调控，造成所制备的材料功能较为单一、应用的范围有限。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种膨胀度可控的磁性还原氧化石墨烯基复合材料及其制备方法。

2、本发明的另一目的在于提供所述磁性还原氧化石墨烯基复合材料的应用。

3、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

4、第一方面，本发明提供一种磁性还原氧化石墨烯基复合材料的制备方法，包括：

5、提供氧化石墨烯材料；

6、将所述氧化石墨烯材料、三价铁盐、胺类化合物以及分散溶剂混合均匀，形成氧化石墨烯分散液；

7、使所述氧化石墨烯分散液与还原性物质混合，获得反应前驱液；

8、使所述反应前驱液进行溶剂热反应，获得磁性还原氧化石墨烯基复合材料。

9、其中，控制所述还原性物质的添加量，以使获得的所述磁性还原氧化石墨烯基复合材料具有可控的膨胀度。

10、在一些优选实施方案中，所述还原性物质配制成还原性溶液添加入所述分散液中，所述还原性溶液的浓度为75-99.99％，所述还原性溶液与所述分散液的体积比例为(0.001-10):56；

11、其中，所述磁性还原氧化石墨烯基复合材料的膨胀度随所述体积比例的增长而增长。

12、第二方面，本发明还提供一种利用上述制备方法所制备得到的磁性还原氧化石墨烯基复合材料。

13、第三方面，本发明还提供一种上述磁性还原氧化石墨烯基复合材料在于油水分离领域中的应用。

14、第四方面，本发明还提供一种油水分离方法，包括：

15、使上述的磁性还原氧化石墨烯基复合材料对油水分离体系进行分离；

16、所述油水分离体系包括含油废水，优选包括水包油乳液、水面浮油以及油水混合物中的一种或多种组合。

17、基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

18、1、本发明所提供的制备方法通过调控还原性物质的添加量，使得制备得到的磁性还原氧化石墨烯基复合材料的膨胀度可控，可以根据膨胀度需求进行适当的调控，扩展了本发明所提供的制备方法的适用范围。

19、2、本发明所提供的氧化石墨烯复合材料具有与膨胀度相关的亲水亲油性质，当膨胀度较低时，氧化石墨烯复合材料表现出较强的亲水性，当膨胀度较高时，表现出较强的疏水亲油性，因此，可以通过调控还原性物质的添加量获得不同亲水亲油性质的氧化石墨烯复合材料，进一步地拓展了适用范围。

20、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

技术特征：

1.一种磁性还原氧化石墨烯基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原性物质配制成还原性溶液添加入所述分散液中，所述还原性溶液的浓度为75-99.99％，所述还原性溶液与所述分散液的体积比例为(0.001-10):56。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述还原性溶液与所述分散液的体积比例为(0.001-0.5):56时，所述磁性还原氧化石墨烯基复合材料为低膨胀度；所述还原性溶液与所述分散液的体积比例为(0.501-2.5):56时，所述磁性还原氧化石墨烯基复合材料为中膨胀度；所述还原性溶液与所述分散液的体积比例为(2.501-10):56时，所述磁性还原氧化石墨烯基复合材料为高膨胀度。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述还原性物质包括甲醇、乙醇以及甲醛中的一种或多种组合；

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液中，所述氧化石墨烯材料、三价铁盐、胺类化合物以及分散溶剂的质量体积比为0.05-1g：0.5-50mg/ml：0.1-100mg/ml：10-70ml；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯材料的片层尺寸为0.1-50μm，厚度为5-50nm，纵横比为10-1000；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的反应温度为120-200℃，反应时间为6-24小时；

8.由权利要求1-7任一项所述的方法制备的磁性还原氧化石墨烯基复合材料；

9.权利要求8所述的磁性还原氧化石墨烯基复合材料于油水分离领域中的应用；

10.一种油水分离方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种磁性还原氧化石墨烯基复合材料、其制备方法及应用。所述制备方法包括：提供氧化石墨烯材料；将所述氧化石墨烯材料、三价铁盐、胺类化合物以及分散溶剂混合均匀，形成氧化石墨烯分散液；使所述氧化石墨烯分散液与还原性物质混合，获得反应前驱液；使所述反应前驱液进行溶剂热反应，获得磁性还原氧化石墨烯基复合材料。本发明提供的制备方法可以根据需求对膨胀度进行适当的调控，扩展了适用范围，并可以通过调控还原性物质的添加量获得不同亲水亲油性质的氧化石墨烯复合材料，进一步拓展了适用范围。

技术研发人员：徐勇,曾志翔,王刚,沈路力
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12