[发明专利]三维石墨烯基纳米金属复合材料、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料，特别是一种三维石墨烯基纳米金属复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

零价铁(如铁粉、铁屑等) 液相还原法是处理废水的重要方法之一，特别是对一些难降解的污染（如氯代有机物、硝基化合物和偶氮染料等）。但是普通零价铁因粒径大导致其还原速度较慢、效率较低。纳米铁颗粒由于其尺寸小、比表面积大、表面活性高，对污染物的还原速度及效率都远高于普通零价铁 （Environmental Monitoring and Assessment，2011年184期3643页）。另外，研究证明，铁基双金属纳米颗粒相较于铁纳米颗粒其降解活性更为优越（Colloids and Surfaces A，2009年332期84页）。但这些金属纳米颗粒活性极高, 暴露在空气中极易发生氧化失去活性，且易流失，难回收；此外，由于存在表面效应,纳米颗粒极易通过范德华力和磁性吸引力而团聚形成大颗粒，失去纳米级颗粒的优势。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三维石墨烯基纳米金属复合材料、其制备方法及应用。

为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种石墨烯基纳米金属复合材料，包括：

具有三维多孔泡沫结构的石墨烯基体，

以及，至少均匀负载于所述石墨烯基体上的纳米金属颗粒。

进一步的，所述三维多孔泡沫结构中孔的孔径为50~500 μm。

进一步的，所述纳米金属颗粒的粒径为20~200 nm。

优选的，而用以形成所述纳米金属颗粒的材料包括铁或者铁与镍或钯的二元合金。

优选的，所述纳米金属颗粒与石墨烯基体的质量比为0.5~5:1。

进一步的，所述二元合金中镍或钯与铁的质量比为0.1~10：100。

一种三维石墨烯基纳米金属复合材料的制备方法，包括：在空气气氛中对石墨烯等离子体处理1~30 min，再加入可溶性亚铁盐溶液并混合均匀，而后加入还原剂，在设定条件下充分反应后，获得三维石墨烯基纳米铁复合材料。

进一步的，所述可溶性亚铁盐可选用但不限于硫酸亚铁。

进一步的，所述还原剂可选用但不限于硼氢化钠。

进一步的，所述可溶性亚铁盐与还原剂的摩尔比为2~6:1。

作为较为具体的应用方案之一，所述可溶性亚铁盐溶液可采用浓度为0.01~0.5 M的硫酸亚铁溶液。

进一步的，该制备方法还可包括：向三维石墨烯基纳米铁复合材料的水溶液中加入可溶性镍盐或含钯的可溶性盐，在常温下于保护性气氛中充分反应后，获得三维石墨烯基纳米金属复合材料。

进一步的，所述可溶性镍盐可选用但不限于氯化镍。

进一步的，所述含钯的可溶性盐可选用但不限于氯钯酸钾。

作为典型的实施方案之一，该制备方法可以包括如下步骤：

（a）石墨烯预处理：在空气气氛中对石墨烯等离子体处理1~30 min，之后清洗、干燥后密封保存备用；

（b）将步骤a处理过的石墨烯与硫酸亚铁溶液混合后，在保护性气氛中持续搅拌1~30 min；

（c）向步骤b所获混合物中加入硼氢化钠，且使硼氢化钠与硫酸亚铁的摩尔比为2~6:1，在保护性气氛中于10~50 oC以50~500 r/min的速度持续搅拌反应5~60 min后，分离出其中的固形物，经清洗获得三维石墨烯基纳米铁复合材料。

进一步的，该制备方法还可包括如下步骤：

（d）将氯化镍或氯钯酸钾加入含有三维石墨烯基纳米铁复合材料的水溶液中，于常温、保护性气氛中充分反应后，过滤分离出其中的固形物，经清洗获得三维石墨烯基纳米二元合金复合材料。

进一步的，所述保护性气氛可主要由氮气和/或氩气组成。

前述三维石墨烯基纳米金属复合材料在快速降解有机废水中的应用。

进一步的，所述有机废水包括染料废水，所述染料可包括但不限于橙黄4。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要表现为：以三维石墨烯泡沫材料为载体，通过化学液相还原法制备了均匀包覆在石墨烯表面的纳米金属颗粒，提高了纳米颗粒的分散性，避免其发生团聚，同时所获复合材料整体呈三维多孔结构，具有稳定性更好，降解活性更高，对污染分子的吸附更快，回收更容易等优点，在化学催化、污水处理等领域有着广泛的应用前景。 

附图说明

图1为本发明实施例1中的石墨烯基纳米金属复合材料的扫描电镜图；