[发明专利]一种杂多酸/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及环保材料技术领域，具体是一种杂多酸/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

印染废水对我们的饮用水和生态环境造成极大的危害，甚至人们的正常生活和生存环境也受到威胁，处理印染废水造成的污染成为人类的一大难题。目前染料的种类丰富多样，可大致分为三类：阳离子染料、阴离子染料、非离子染料。传统方法处理染料废水的效果并不理想，光催化法作为一种绿色、新兴、低能的处理废水的新方法，在过去数十年里越来越引起人们的关注。

多金属氧酸盐简称多酸，已有百余年的发展史，多年来，多酸化合物由于其活性高、反应条件温和、对设备腐蚀性小等优点作为无机化学中重要的研究课题得到了社会各界的广泛关注。1864年C. Marignac等人合成硅钨酸，1872年C.Scheibler等人合成了12-钨磷酸，为多金属氧酸盐开拓出了新的时代。多酸由于结构丰富、种类众多并具有氧化还原性和表面性质，是多功能环境友好型催化剂，具有很好的应用前景。多酸在催化研究方面已取得了巨大的研究成果。杂多酸催化剂在应用过程中，许多研究人员发现多金属氧酸盐存在比表面积小、溶解性好不利于回收等问题，以至于不利于其在应用方面的发展。在2004年，Geim教授发现了石墨烯的存在，并进一步证明二维晶体是可以稳定存在的，石墨烯具有比表面积大的特点，且在水溶液中的溶解度极低，便于将石墨烯与水溶液分离开。研究表明，石墨烯的物理和化学性能都非常不错，这使得它非常适合负载各种催化剂，现已制出多种石墨烯复合材料。所以，许多科研学者就尝试将具有良好化学性能的石墨烯与其掺杂，形成一种杂多酸盐与石墨烯掺杂的新型催化材料，在增大杂多酸催化剂比表面积的同时也提高了催化剂的循环利用效率。

相对于单一材料，二元复合材料能够集组分的优点使性能更加优越。因此，基于氧化石墨烯的大比表面积和杂多酸、聚苯胺独特的光电特性，设计合成的二元复合物材料用于光催化降解，是一种新的研究思路。作为新的研究课题，该复合材料在催化、电学材料和光学材料等方面潜力巨大，有待进一步研究，以开拓其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种杂多酸/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种杂多酸/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

一、制备杂多酸：将钨酸钠溶于水中，用稀盐酸调节pH至4.5-6后加入磷酸二氢钠，加热至80-90℃，恒温搅拌0.8-1.2h，过滤，取KCl加入滤液搅拌溶解后，冷藏放置析出晶体、过滤烘干即得杂多酸，即PW₁₁O₃₉·xH₂O，简记为PW11；钨酸钠与沸水的固液比为7-12g:50mL；钨酸钠、磷酸二氢钠与KCl的质量比为40-50:5-10:10；

二、将杂多酸溶解到蒸馏水中制得溶液A，将氧化石墨烯溶解到去离子水中制得质量体积浓度为1-3g/L的溶液B，将溶液A和溶液B分别超声0.3-0.8h后混合并搅拌18-24 h，干燥后即得杂多酸/氧化石墨烯复合材料，记为PW₁₁/GO；其中杂多酸与氧化石墨烯的质量比为10-90:1。

作为本发明进一步的方案：钨酸钠与沸水的固液比为9g:50mL。

作为本发明进一步的方案：钨酸钠、磷酸二氢钠与KCl的质量比为45:7:10。

作为本发明进一步的方案：杂多酸与氧化石墨烯的质量比为50:1。

作为本发明进一步的方案：氧化石墨烯的制备步骤包括：

1）低温部分：取浓H₂SO₄与天然鳞片石墨混合，并在冰浴冷却的条件下搅拌5 min；之后缓慢地加入NaNO₃，搅拌2 h，再慢慢地加入KMnO₄并继续搅拌2 h，制得混合物料A；天然鳞片石墨与浓H₂SO₄的固液比为1g:20-30mL；天然鳞片石墨、NaNO₃、KMnO₄的质量比为1-3:1:4-8；

2）中温部分：将混合物料A在35℃的水浴中反应30 min；