亲水性石墨烯/尖晶石型铁氧体复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及石墨烯的功能化及复合材料的原位组装制备，属无机非金属材料领域。本方法可以连续实现氧化石墨烯的功能化、尖晶石型铁氧体晶粒的原位负载和功能化氧化石墨烯的原位还原，制备出具有优良亲水性能的石墨烯/尖晶石型铁氧体复合材料，原料易得、工艺简单、操作便捷。具体步骤：调节氧化石墨烯水溶液pH值至酸性，加入改性剂，超声分散，然后60℃恒温1~4小时；将所得混合液pH值调至中性后加入含铁试剂，再超声分散，85~95℃恒温，滴加沉淀剂，形成结晶产物，滴加完毕后继续恒温3~5小时；磁分离后，以特定溶剂反复洗涤结晶产物，60℃烘干12小时。本方法制备的石墨烯/尖晶石型铁氧体复合材料的水接触角只有15.02°，表现出了优异的亲水性。

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯的功能化及复合材料的原位组装制备，属无机非金属材料领域。

背景技术

在过去的二十年内，现代工业快速发展、农业化学药品及各类护理用品的广泛应用，水体中内分泌干扰物、卤代脂肪族和芳香族化合物等难降解污染物广泛存在并累积。基于非均相反应的高级氧化技术(AOPs)是一种很有前途的废水回收技术。为此，开发新型高效且环境友好的非均相催化剂是AOPs研究中的热点问题。

尖晶石型铁氧体是一种离子型化合物，通式为AB

本发明的创新思想是，以氧化石墨烯和易得的化学试剂为原材料，开发一种工艺简单、操作可控的液相制备工艺，连续实现氧化石墨烯的功能化、尖晶石型铁氧体的原位负载以及功能化氧化石墨烯的原位还原。该方法无需分离中间体，能在较大程度上节省经济和资源。通过研究发现，采用该方法制备的亲水性石墨烯/尖晶石铁氧体复合材料的水接触角较小，可在水溶液中均匀分散30min以上。此外，该方法制备的复合材料催化非均相Fenton反应可使甲基橙染料(20mg/L)在60min内100％降解。

发明内容

本发明提供的亲水性石墨烯/尖晶石型铁氧体复合材料的制备方法，其基本思想是利用氧化石墨烯表面丰富的含氧基团与有机改性剂接枝，再借助氧化石墨烯表面电负性优先吸附尖晶石型铁氧体中的金属阳离子，从而实现尖晶石型铁氧体纳米晶粒在氧化石墨烯表面的原位负载。同时，通过实验条件的控制，同步完成功能化氧化石墨烯的原位还原。

本发明提供的亲水性石墨烯/尖晶石型铁氧体复合材料的制备方法，其主要技术方案如下：

1)调节氧化石墨烯水溶液pH值至酸性，加入一定质量的改性剂，超声分散，然后60℃恒温1～4小时；

2)将1)获得的混合液pH值调节至中性后，加入一定质量的含铁试剂，超声分散，85～95℃恒温，滴加沉淀剂，形成结晶产物，滴加完毕后继续恒温3～5小时；

3)利用磁铁将2)中获得的结晶产物固液分离，用溶剂反复洗涤，60℃烘干12小时后即得亲水性石墨烯/尖晶石型铁氧体复合材料。

在本发明的上述技术方案中，步骤1)所用改性剂为对氨基苯磺酸、4-羟基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种组合。

在本发明的上述技术方案中，步骤2)所用含铁试剂为FeSO

在本发明的上述技术方案中，步骤3)所用的洗涤溶剂为去离子水、无水乙醇、丙酮、乙二醇、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、二氯乙烯、三乙醇胺、二甲苯、甲醇、异丙醇、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、甲基丁酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。

本发明提供的亲水性石墨烯/尖晶石型铁氧体复合材料的制备方法，尖晶石型铁氧体包括铁酸锌(ZnFe

本发明提供的方法连续实现了氧化石墨烯的功能化、尖晶石晶粒的负载以及功能化氧化石墨烯的原位还原。所用氧化石墨烯为本研究室自制，其他试剂均为分析纯。本发明提供的方法操作简单，易于控制，合成温度低，能源消耗少，制备成本低，而且所用试剂绿色环保，无毒，无腐蚀性，可实现批量生产。

附图说明

图1是亲水性石墨烯/尖晶石铁氧体复合材料代表性样品的水接触角测试结果。

图2是亲水性石墨烯/尖晶石铁氧体复合材料代表性样品在水中分散性照片。

具体实施方式

实施例1

用5％稀盐酸将氧化石墨烯水溶液pH调节至酸性，加入一定质量的十六烷基磺酸钠，然后置于60℃恒温水浴中，机械搅拌，反应2小时。反应结束后用1mol/L NaOH溶液调节产物pH至中性，并按照化学计量比加入一定质量的FeCl

实施例2

用5％稀盐酸将氧化石墨烯水溶液pH调节至酸性，加入一定质量的4-羟基苯磺酸钠和对氨基苯磺酸，然后置于60℃恒温水浴中，机械搅拌，反应1小时。反应结束后用1mol/LNaOH溶液调节产物pH至中性，并按照化学计量比加入一定质量的和Fe(NO

实施例3

用5％稀盐酸将氧化石墨烯水溶液pH调节至酸性，加入一定质量的十二烷基苯磺酸钠，然后置于60℃恒温水浴中，机械搅拌，反应2小时。反应结束后用1mol/L NaOH溶液调节产物pH至中性，并按照化学计量比加入一定质量的FeSO

实施例4

用5％稀盐酸将氧化石墨烯水溶液pH调节至酸性，加入一定质量的对氨基苯磺酸，然后置于60℃恒温水浴中，机械搅拌，反应4小时。反应结束后用1mol/L NaOH溶液调节产物pH至中性，并按照化学计量比加入一定质量的FeSO

实施例5

用5％稀盐酸将氧化石墨烯水溶液pH调节至酸性，加入一定质量的十六烷基磺酸钠，然后置于60℃恒温水浴中，机械搅拌，反应1小时。反应结束后用1mol/L NaOH溶液调节产物pH至中性，并按照化学计量比加入一定质量的Fe(NO

实施例6

用5％稀盐酸将氧化石墨烯水溶液pH调节至酸性，加入一定质量的十二烷基苯磺酸钠，然后置于60℃恒温水浴中，机械搅拌，反应3小时。反应结束后用1mol/L NaOH溶液调节产物pH至中性，并按照化学计量比加入一定质量的FeSO

实施例7

用5％稀盐酸将氧化石墨烯水溶液pH调节至酸性，加入一定质量的苯磺酸钠，然后置于60℃恒温水浴中，机械搅拌，反应4小时。反应结束后用1mol/L NaOH溶液调节产物pH至中性，并按照化学计量比加入一定质量的FeCl