[发明专利]一种氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料和光催化降解材料制备技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料的制备方法

背景技术

氧化石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。石墨烯层的原子均为表面原子，其表面积非常大，是天然的吸附材料。其易于制备、成本低廉等优势使得石墨烯吸附材料成为水处理研究中的热点。石墨烯及其复合材料已经在重金属、染料、杀虫剂、抗生素、石油等污染物的治理方面得到应用。对石墨烯进行N掺杂可以使其具有优异的光催化性能。二氧化钛纳米管以其一维特征，具有比表面积大、吸附强、传导性高、带隙可调和化学稳定性良好等优点，在光催化、水分解、传感和染料敏化太阳能电池等领域应用前景广阔。在中性及碱性环境下，二氧化钛呈电负性，而水溶液中的金属元素离子带有正电荷，二氧化钛可以很容易的吸附水溶液中的金属污染离子。将二氧化钛纳米管加入到石墨烯中，利用氧化石墨烯与二氧化钛纳米管的协同作用，可以有效促进石墨烯的吸附性能。例如专利文献CN 103464122A公开了一种石墨烯/壳聚糖吸附树脂的制备方法，专利文献CN 103521191A公开了一种二氧化钛/壳聚糖/氧化石墨烯复合材料的制备方法及应用，这些公开的技术方案对金属离子和有机废水的处理效果不理想，并且目前的氧化石墨烯与二氧化钛纳米管复合材料的大多是纳米尺度，而纳米尺度的材料的回收再利用较难，因此将复合材料制备为利于回收再利用的宏观块体材料，成为材料开发的一种趋势。现在技术中，尚未有关一种宏观尺度氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料的制备方法的文献报道。

发明内容

本发明旨在克服本现有技术中材料组份易团聚、分散性差，且难以回收再利用等问题，提供一种宏观尺度块体的氧化石墨烯与二氧化钛纳米管复合材料的制备方法。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按重量份，取1～5份二氧化钛纳米管和0.3～0.5份分散剂，加入80～120份蒸馏水中，以300～500r/min搅拌6～8天，得到二氧化钛纳米管分散液，然后将二氧化钛纳米管分散液在3000～5000r/min的速度下离心8～12min，取上层浊液待用；

步骤二、在常温下，将壳聚糖加入2wt％的冰乙酸中，以300～500r/min搅拌12～36h，配制成浓度为1～3wt％的壳聚糖溶液，然后静置24h；按重量份，取3～8份壳聚糖溶液的上层清液，加入3～8份步骤一中的上层浊液，以300～500r/min搅拌12～36h，然后在8000～15000r/min的速度下离心5～8min，取离心得到的沉淀物用去离子水清洗2～5次；

步骤三、按重量份，取0.01～0.1份清洗后的沉淀物质加入到30～80份1～2mg/mL的氧化石墨烯溶液中，以300～500r/min搅拌1～3h，使其混合均匀后，转移到聚四氟乙烯反应釜中，150～180℃反应8～15h，将反应产物冷冻干燥；

步骤四、将冷冻干燥后的反应产物置于管式气氛炉中，通入NH₃，升温至400～500℃，保温1～3h，制得块体状的氧化石墨烯/二氧化钛纳米管复合材料。

优选的是，所述二氧化钛纳米管的制备方法为：按重量份，取0.5～1份二氧化钛粉末加入到50～100份10M的氢氧化钠溶液中，超声1～2h再搅拌1～2h使其混合均匀，将悬浮液转移到聚四氟乙烯反应釜中，130℃反应24h，反应完成冷却至室温后，将反应产物分别经过三次水洗-酸洗-水洗至中性后，干燥、研磨制得二氧化钛纳米管。

优选的是，所述步骤一中，分散剂为离子液体。

优选的是，所述离子液体为1-乙基-3-甲基氯化咪唑、1-丁基-3-甲基氯化咪唑、1-正十六烷基-3甲基溴化咪唑、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种。

优选的是，所述步骤一中，在搅拌过程中向分散液施加超声；所述步骤二中，在壳聚糖溶液与步骤一中的上层浊液进行混合搅拌的过程中施加超声；所述步骤三中，搅拌过程中施加超声；所述超声的功率为800～1200W，频率为25～50KHz。

优选的是，所述步骤二中，壳聚糖由O-羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖、N,N-二羧甲基壳聚糖、N,O-羧甲基壳聚糖、羧甲基淀粉钠、羧甲基纤维素钠中的一种代替。