[发明专利]高还原性磁性石墨烯的制备及其在Cr(VI)吸附中的应用

说明书

技术领域

本发明属于一种采用一步还原水热法合成新型高还原性磁性石墨烯，用于Cr(VI)重金属吸附，属于纳米材料及环境科学技术领域。

背景技术

石墨烯是一种具有两维单层碳原子结构的新型材料,由于其特殊的的物理性质,如很高的电导性,良好的热稳定性,以及优异的机械强度,在基础研究和实际应用上引起了广泛的关注和研究兴趣。为了提高石墨烯的应用性,越来越多的研究将石墨烯及其衍生物和纳米粒子复合。而磁性纳米粒子因具有独特的磁性质,如超顺磁性,高矫顽力,低居里温度,高磁化率等,在磁流体、数据存储、催化、生物医学、污染物处理等方面已有广泛的研究和实际应用。

近来，随着经济的发展，重金属对环境的污染日益严重，在各类重金属中六价铬的污染尤为严重。铬有两种价态存在，分别为三价铬和六价铬。六价铬是一种对人体有害的致癌物，但在一定的情况下被还原后产生的三价铬对人没有危害。目前，含铬废水的处理方法有化学沉淀法、电解还原法、离子交换法、生物聚焦法及吸附法等。其中吸附法具有成本低、操作简便及效率高等优点针，但是传统的吸附剂具有回收困难的缺点。因此，可回收的磁性纳米颗粒的制备和应用备受关注。氧化石墨烯具有高的比表面积,表面有大量含氧基团,对重金属离子有很好的吸附效果。但其片层柔软,亲水性强,吸附重金属离子后不易与溶液分离。磁性氧化石墨烯材料保持了氧化石墨烯优越的吸附性能,同时具有磁性易于分离,因此，磁性石墨烯的制备及应用备受关注。石墨稀纳米复合材料的制备方法可分为溶液混合法、电化学沉积法、原位生长法。溶液混合法存在沉积的密度过低或分散不均匀等问题。电化学沉积法存在制备量较少的问题。化学还原法是合成石墨稀纳米复合材料最常用的方法，操作简便。

申请号为CN201210462851.9，公开号为CN102974307A的中国专利申请功能化石墨烯吸附剂及其制备方法和应用公开了一种功能化石墨烯吸附剂，其主要由石墨烯和十六烷基三甲基溴化铵组成，十六烷基三甲基溴化铵通过非共价键作用插入和/或镶嵌在层状石墨烯的边缘或表层，其在吸附剂中的质量分数为40％～50％。该专利申请公开了功能化石墨烯吸附剂的制备方法：将氧化石墨烯分散在水中，向分散后的悬浮液中添加十六烷基三甲基溴化铵，搅拌使其反应；再向加热后的反应体系中加入还原剂，将还原得到的黑色絮状沉淀进行抽滤、洗涤和干燥即可。CN102974307A专利在吸附后，可能用离心方法除去吸附剂，操作不方便。

迄今为止，国内外尚未有一步还原法制备能将Cr(VI)还原为无毒Cr(III)且吸附效果好的高还原性磁性石墨烯的制备方法。所以发明一种具有对Cr(VI)高效吸附、高Cr(III)转化率、纳米颗粒稳定的高还原性磁性石墨烯制备方法是一个迫切需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高还原性磁性石墨烯，本发明的另一目的在于提供高还原性磁性石墨烯的制备方法，以及在Cr(VI)重金属吸附中的应用。

本发明的主要技术方案是采用一步还原水热法合成对Cr(VI)有还原性且有吸附性的新型高还原性磁性石墨烯。

本发明的目的是这样实现的：

高还原性磁性石墨烯，其制备方法按照下述步骤进行：

A、称取氧化石墨烯和氯化亚铁于容器中，加蒸馏水，90℃加热30～45min，得混悬液；其中氧化石墨烯与氯化亚铁的质量比为(40～50)：(100～120)，氧化石墨烯与蒸馏水的比为40～50：100mg/ml；

B、向上述混悬液加入0.4～0.5mol/L氢氧化钠溶液，滴加速度1d/min，90℃加热30～40min；其中步骤A中氧化石墨烯与氢氧化钠溶液的比为40～50:2.5mg/mL；

C、将上述溶液室温下冷却，磁分离并水洗三次，真空干燥箱中干燥24h。

上述高还原性磁性石墨烯纳米材料，磁性纳米颗粒粒径为40～50nm，具体制备方法如下:准确称取40～50mg氧化石墨烯和100～120mg氯化亚铁于250mL三口烧瓶内，加蒸馏水100mL，90℃加热30～45min；向上述混悬液加入2.5mL 0.4～0.5mol/L氢氧化钠溶液，滴加速度1d/min，90℃加热30～40min；将上述混悬液室温下冷却，用磁铁将磁性纳米材料分离出来，并水洗三次，真空干燥箱中干燥24h。

本发明还提供了上述的高还原性磁性石墨烯在Cr(VI)吸附中的应用。

所述的应用是指，将上述的高还原性磁性石墨烯制备用于Cr(VI)重金属吸附的材料，如吸附剂等。