[发明专利]石墨烯/双金属氧化物复合材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于化工、新材料和环境保护领域，具体而言，涉及一种石墨烯/双金属氧化物复合材料、其制备方法及其在水体净化中的应用。

背景技术

由于对工业废水的随意处理，重金属污染已经成为一个全球性的环境问题，对环境和人类健康有不利的影响。这些重金属之间，六价铬Cr(VI)是一种常见的有害污染物，因为它具有高流动性和致癌性。为了满足排放水平，许多对含Cr(VI)废水处理技术已被开发，包括膜过滤、沉淀、离子交换和吸附等。在这些方法中，吸附技术应用广泛，因为它简单、经济、效率高。

层状双金属氢氧化物(LDH)是一类二维纳米结构的阴离子粘土，其结构通式为：[M_1-x²⁺M_x³⁺(OH)₂]^X+A^n-_x/n·YH₂O，M²⁺和M³⁺分别代表二价(如Mg²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Co²⁺等)和三价阳离子(Al³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺等)，A^n-代表n价阴离子，位于主体层板上的八面体间隙中。LDH其中一个特性是煅烧LDH产生双金属氧化物，双金属氧化物在溶液中吸附阴离子会恢复LDH结构。

石墨烯是SP²杂化单层排列的二维平面结构，具有较大的理论比表面积和较低的生产成本。因此，在最近几年，石墨烯对水污染物的吸附行为已被广泛研究。但是，石墨烯是疏水的，通常遭受由于相邻片之间的强相互作用的不可逆的集聚，大大降低了表面积，因此不利于污染物的吸附。为了防止石墨烯集聚，最近许多研究集中在将无机纳米颗粒(ZnO，Fe₃O₄，CoFe₂O₄，MnO₂，SiO₂，Cu₂O)引入石墨烯片层之间。它不仅能防止石墨烯片的团聚，也使各组分间对石墨烯复合材料的吸附行为的产生协同贡献。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种石墨烯/双金属氧化物复合材料、制备方法及及其在水体净化中的应用，该复合材料既具有较强吸附Cr(VI)功能，又具有价廉，便于制备的优点。

本发明一方面涉及一种石墨烯/双金属氧化物复合材料，所述复合材料的制备原料为二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物，碱性化合物，氧化石墨烯。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物分别为：Mg(NO₃)₂·6H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O。

在本发明的一个优选实施方式中，所述碱性化合物为尿素。

本发明另一方面还涉及上述石墨烯/层状双金属氢氧化物复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：用二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物和碱性化合物混合液与氧化石墨烯悬浊液混合，采用水热法制备石墨烯/层状双金属氢氧化物，然后煅烧后制成复合材料。

在本发明的一个优选实施方式中，所述煅烧温度为480-520℃，煅烧时间为4-6h。

本发明另一方面还涉及上述复合材料的应用，所述的复合材料用于吸附水溶液中的Cr(VI)，优选的，所述的吸附量为170mg Cr(VI)/g复合材料以上。

本发明所制备的复合材料具有如下特点：

1.该复合材料主要原料的价格低廉。

2.该复合材料制备工艺较简单，较易控制。

3.该复合材料的Cr(VI)吸附功能强，可以重复利用，故性价比高。

附图说明

图1：氧化石墨烯(a)、石墨烯/层状双金属氢氧化物复合材料(b)和石墨烯/双金属氧化物复合材料(c)的X射线光电子能谱；

图2：石墨烯/层状双金属氢氧化物复合材料的透射电镜照片；

图3：石墨烯/双金属氧化物复合材料的透射电镜照片。

实施例