一种磁性氧化石墨烯的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种磁性氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：1)采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯，超声剥离得到氧化石墨烯分散液；2)采用化学共沉淀法制备磁性的Fe

Preparation method and application of magnetic graphene oxide

The invention relates to a preparation method of a magnetic graphene oxide, which comprises the following steps: 1) using improved Hummers method preparation of graphene oxide, ultrasonic stripping to obtain graphene oxide dispersion; 2) prepared by magnetic chemical coprecipitation method Fe

【技术实现步骤摘要】
一种磁性氧化石墨烯的制备方法及应用
本专利技术涉及氧化石墨烯的制备，具体涉及一种磁性氧化石墨烯的制备方法及应用。
技术介绍
近年来，随着禽畜养殖业规模的不断扩大，抗生素使用量大增，抗生素滥用的问题越来越突出。进入动物体内的抗生素不能被完全吸收，部分会随着动物的排泄物排出体外。而大量粪便通常未经处理便作为有机肥施于农田，抗生素随着粪便不断进入到土壤，环境介质中低剂量存在的四环素类抗生素以及他们的副产物会引起抗性基因在微生物中的传播，并最终对生态环境和人体健康构成严重威胁。处理抗生素的的技术很多，其中吸附法因其成本低、操作简单、效率高等优点而被广泛应用。氧化石墨是布朗斯特酸-石墨层间化合物在强氧化剂作用下氧化并经水解而成的共价键型石墨层间化合物。很多表征手段已经证实了氧化石墨的表面含有大量的羟基和环氧基，其次含有少量的羧基、羰基、酯、醌等。从化学角度上讲，氧化石墨烯与氧化石墨相似，从结构上讲，氧化石墨保留了堆垛结构而氧化石墨烯是被剥落为单层或多层的堆积。由此得知氧化石墨烯表面有丰富的含氧官能团以及较高的比表面积，说明氧化石墨烯可能会是一种良好的吸附材料。然而，碳纳米材料由于粒径小，不易富集和分离，这严重阻碍了它的应用，一旦释放到环境中，可能会导致严重的健康和环境问题。此外，石墨烯通常在放置时容易有严重的聚集和堆叠，由于π-π相邻表之间的相互作用，导致有效表面积的损失，因此吸附容量会低于预期。在过去的几年中，磁性吸附剂已成为新一代为环境净化材料，因为磁分离仅仅涉及施加外部磁场来提取吸附剂。与传统的方法，如过滤，离心或重力分离相比，磁分离需要较少的能量，并且尤其是实现较好的分离为具有小颗粒尺寸吸附剂。因此，通过用磁铁矿纳米颗粒结合的石墨烯的纳米复合材料是提供克服与石墨相关的分离问题的有效方法。但是，现有技术中磁性氧化石墨烯的制备工艺繁杂，所制备的吸附剂的吸附容量有待提高，吸附速率有待加快，且存在吸附剂回收重复利用难以及不适于大规模批量生产等技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种磁性氧化石墨烯的制备方法及应用，该制备工艺简单快速，且制备的磁性氧化石墨烯比表面积大，吸附能力强，材料稳定，回收率好。本专利技术所提供的技术方案为：一种磁性氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：1)采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯，超声剥离得到氧化石墨烯分散液；2)采用化学共沉淀法制备磁性的Fe3O4纳米颗粒，分散到去离子水中，超声得到黑色悬浮液；所述Fe3O4纳米颗粒的粒径为10～30nm；3)调节步骤2)中的黑色悬浮液的PH＝3～4，氮气气氛下水浴加热，滴加氧化石墨烯分散液，经自组装得到磁性氧化石墨烯。上述技术方案中，在碱性条件下共沉淀法制备磁性的Fe3O4纳米颗粒，并采用改进的Hummers方法制得氧化石墨烯，利用氧化石墨烯表面含有大量含氧基团带有负电荷这一特性，让氧化石墨烯与表面带有正电荷的Fe3O4利用正负电荷相吸引的原理进行自组装，可得到磁性氧化石墨烯吸附剂。作为优选，所述步骤1)中制备氧化石墨烯包括：1.1)将石墨粉加入到浓硫酸中，加入K2S2O8和P2O5，加热搅拌，得到预氧化的石墨；1.2)将预氧化的石墨、NaNO3和KMnO4加入到浓硫酸中，冰浴条件下搅拌，得到混合物；1.3)混合物加水水浴加热，继续加入水稀释并加入H2O2溶液，使混合物过滤，清洗，干燥，得到氧化石墨烯。作为优选，所述步骤1.1)中石墨粉、K2S2O8和P2O5的质量比为3:2～3:2～3。作为优选，所述步骤1.1)中加热温度为75～85℃，加热时间为4～5h。作为优选，所述步骤1.2)中预氧化的石墨、NaNO3和KMnO4的质量比为2～3:1:6～8。作为优选，所述步骤1.3)中混合物加水水浴加热，水浴温度98～100℃，水浴时间10～20min。进一步优选，所述步骤1)中制备氧化石墨烯包括：步骤1、将石墨粉加入到浓硫酸中，加入K2S2O8和P2O5，75～85℃下加热反应4～5h；所述石墨粉、K2S2O8和P2O5的质量比3:2～3:2～3，浓硫酸的用量为35～45mL，收集反应后的混合物，去离子水洗至中性，放置真空干燥中干燥20～26h，得到预氧化的石墨；步骤2、将预氧化的石墨、NaNO3加入到装有浓硫酸的三口烧瓶中，缓慢加入KMnO4进行持续搅拌，在<4℃的冰浴条件下搅拌30～60min，得到混合物，然后将混合物置于30～40℃水浴锅中加热3.5～4.5h；所述预氧化的石墨、NaNO3和KMnO4的质量比为2～3:1:6～8，加入的浓硫酸体积为65～75mL；步骤3、向混合物中缓慢加入130～140mL去离子水，通过控制加水速度调节温度始终在100℃以下；然后在水浴锅中98～100℃加热10～20min，继续加入130～140mL去离子水稀释并加入15～25ml30％H2O2溶液，使混合物静置沉降，沉淀用10％HCl溶液清洗除去SO42-，水洗至中性，真空干燥后得到氧化石墨烯。作为优选，所述步骤1)中超声剥离是指：在250w的超声波清洗仪中处理2～3h。作为优选，所述步骤2)中制备磁性的Fe3O4纳米颗粒包括：将FeCl3溶解于水中，滴加少量HCl，水浴加热；然后除去溶液中的氧气，继续加入FeSO4，控制混合溶液的PH＝10～12，继续水热反应，老化、清洗得到Fe3O4纳米颗粒。作为优选，所述FeCl3与FeSO4的摩尔比为2:1～1.5。作为优选，所述步骤3)中Fe3O4纳米颗粒与氧化石墨烯的质量比为2～3:1。作为优选，所述步骤3)中水浴加热的温度为70～90℃。进一步优选，所述步骤2)中制备磁性的Fe3O4纳米颗粒包括：将FeCl3·6H2O超声溶解于180～220ml去离子水中，滴入几滴1mol/LHCl，70～90℃水浴加热；通氮气搅拌除去水中的氧气，然后加入FeSO4·7H2O搅拌溶解，再逐滴滴入氨水至pH＝10～12，继续70～90℃水浴加热反应2～3h；之后老化1～2h，清洗至中性，得到Fe3O4纳米颗粒；所述FeCl3与FeSO4的摩尔比为2:1～1.5。本专利技术还提供上述的制备方法所得的磁性氧化石墨烯在吸附四环素污染物中的应用。作为优选，将磁性氧化石墨烯置于反应器中，加入四环素污染水，密封后，超声分散得到第一混合液；将第一混合液置于避光恒温振荡箱中，转速180～220r/min进行振荡，得到第二混合液。同现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：(1)本专利技术的磁性氧化石墨烯制备工艺简单、操作方便，易于实现工业化，提高了磁性石墨烯生产效率，降低了生产成本；(2)本专利技术所制备的磁性氧化石墨烯性质稳定，吸附能力强，能够有效地去除水中四环素，最大吸附量达252mg/g，易于固液分离，可重复利用，产品无毒，对环境友好，为废水中四环素类污染的治理和资源化提供了新的途径；(3)本专利技术所制备的磁性氧化石墨在不改变石墨烯特性的基础上，具备磁性，有望广泛应用于生物医学、生物传感、电子信息、能源、存储和航空等多个领域。附图说明图1为实施例1中氧化石墨烯的TEM图；图2为实施例2中Fe3O4纳米颗粒的TEM图；图3为实施例3中磁性氧化石墨烯的TEM图；图4为强磁铁进行固液分离的效果图；图5为磁性氧化石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯，超声剥离得到氧化石墨烯分散液；2)采用化学共沉淀法制备磁性的Fe

【技术特征摘要】
1.一种磁性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯，超声剥离得到氧化石墨烯分散液；2)采用化学共沉淀法制备磁性的Fe3O4纳米颗粒，分散到去离子水中，超声得到黑色悬浮液；所述Fe3O4纳米颗粒的粒径为10～30nm；3)调节步骤2)中的黑色悬浮液的PH＝3～4，氮气气氛下水浴加热，滴加氧化石墨烯分散液，经自组装得到磁性氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述磁性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中制备氧化石墨烯包括：1.1)将石墨粉加入到浓硫酸中，加入K2S2O8和P2O5，加热搅拌，得到预氧化的石墨；1.2)将预氧化的石墨、NaNO3和KMnO4加入到浓硫酸中，冰浴条件下搅拌，得到混合物；1.3)混合物加水水浴加热，继续加入水稀释并加入H2O2溶液，使混合物过滤，清洗，干燥，得到氧化石墨烯。3.根据权利要求2所述磁性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1)中石墨粉、K2S2O8和P2O5的质量比为3:2～3:2～3。4.根据权利要求2所述磁性氧化石墨烯的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建明，黄丹，刘杏梅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33