[发明专利]一种磺化氧化石墨烯的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种磺化氧化石墨烯的制备方法及应用，制备方法包括取氧化石墨烯与氨基磺酸质量比为1：0.5～4，混合均匀后转移至容器，充满保护气体的条件下加热至205～260℃，反应时间为4～10h；反应结束后取出混合物，用水洗涤，干燥，得到磺化氧化石墨烯材料，使用上述的方法制备的磺化氧化石墨烯材料的应用，即由上述方法得到的磺化氧化石墨烯用于降解有机污染物，在光照条件下对有机污水进行降解。本发明所述的一种光催化材料的制备方法，该方法成本低廉，制备方法简易，原料易于获取，无二次污染，所制备的磺化氧化石墨烯对污染水体中有机物的去除效率高。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其涉及一种磺化氧化石墨烯材料的制备方法及在降解有机污染物领域的应用。

背景技术

现有的治理水体有机物污染的方法主要是高级氧化法、生物降解法和光催化降解法。高级氧化成本较高，且降解后的副产物可能对环境产生更为严重的二次污染。生物降解法时效较长。光催化降解法不仅去除效率高、降低了二次污染的风险，还能有效利用太阳能，缓解能源危机。

石墨烯是一种二维纳米碳基材料，具有高的迁移率、高的光学透明性等，这些特性使石墨烯成为一种良好的光催化材料，但其在水中容易团聚、不易分散。氧化石墨烯是石墨烯的氧化产物，氧化过程没有破坏石墨烯的二维层状结构，因此氧化石墨烯也继承石墨烯的高载流子迁移率和稳定性。氧化石墨烯表面有丰富的-COOH、C＝O、-OH等亲水基团，磺酸基接枝到氧化石墨烯上后能显著提高材料的亲水性能，增强其在水溶液中的分散性。CN106145100B、CN107858457A和CN107308909A将氧化石墨烯分散到有机溶剂中，随后添加氯磺酸或浓硫酸，反应处理后得到磺化氧化石墨烯。氯磺酸是一种常用的磺化剂，遇水发生剧烈反应，将其作为磺化剂使用时，反应体系需要严格的除水。CN106006610A和CN110243893A使用对氨基苯磺酸作为磺化剂，通过重氮化反应得到磺化氧化石墨烯，其反应条件苛刻且操作复杂。同时，重氮化合物不稳定且大多具有爆炸性，因此，采用重氮化制备的磺化石墨烯材料在稳定性和安全性两个方面均存在一定的问题。本发明使用氨基磺酸作为改性剂，制备磺化氧化石墨烯。氨基磺酸多用作除草剂、清洗剂、防火剂和纺织品的软化剂等。氨基磺酸固体在干燥环境中稳定性良好，相较于浓硫酸和氯磺酸，其包装、贮存和运输更加方便，安全性更高。本发明提供的方法能够简单、便捷的得到磺化氧化石墨烯。

发明内容

为克服现有技术中，采用重氮盐制备磺化氧化石墨烯的制备路径所存在的稳定性和安全性的问题，提出一种新的磺化氧化石墨烯的制备方法，该方法所使用的原料简单且操作便捷，所采用的制备原料更安全。

本发明一方面提出一种磺化氧化石墨烯的制备方法，该方法为取氧化石墨烯与氨基磺酸质量比为1：0.5～4，混合均匀后转移至容器，充满保护气体的条件下加热至205～260℃，反应时间为4～10h；反应结束后取出混合物，用水洗涤，干燥，得到磺化氧化石墨烯。其涉及的反应式为如下：

GO+NH₂SO₃H→GO-SO₃H+SO₂+SO₃+N₂+H₂+H₂O。

进一步地，上述方法所使用的容器为石英舟。

进一步地，上述的加热方式为使用管式炉加热。

进一步地，在本发明中，所述的氧化石墨烯通过tour法制得。本发明所述的tour法为硫酸、磷酸以及高锰酸钾混合体系下氧化鳞片石墨制备GO(氧化石墨烯)的一种制备氧化石墨烯的方法，所用硫酸与磷酸的体积比为9:1；所用鳞片石墨与高锰酸钾的质量比为1:10；高温氧化阶段所用温度为50℃。

优选地，反应温度为215～250℃，在本发明更优选地一个实施例中，氧化石墨烯与氨基磺酸的投料比为1:3，反应时间为4小时时，反应温度优选为230℃。