一种石墨烯微纳米复合材料组合物、制造方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯微纳米复合材料组合物、制造方法和应用。该种复合材料组合物质由Cn、Fe2O3、TiO2、MgO、NaO、K2O、MnO、CaO、Al2O3、SiO2物质组成。本发明专利技术所揭示的此种石墨烯微纳米复合材料具有生产工艺简单、净化速率快，吸附容量大、不易饱和、可再生性，使用寿命长等优点，在空气净化、水净化、以及土壤修复方面，有具有较高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯微纳米复合材料组合物、制造方法和应用
本专利技术涉及一种石墨烯微纳米复合材料组合物、制造方法和应用。
技术介绍
石墨烯来源于石墨，石墨烯是由碳原子组成的，只有一层原子厚度的二维晶体，导电导热性能佳，具有很好的应用前景，石墨烯分为石墨烯粉体和石墨烯薄膜两大类，常见的石墨粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，石墨烯薄膜生产方法为化学气相沉积法，然而机械剥离法的缺点是剥离过程中会发生氧化反应，形成不能导电的氧化石墨烯﹙GO﹚，大大降低了其使用价值，石墨烯的吸附能力远远大于氧化石墨烯，化学气相沉积法生产的石墨烯得不到高品质的石墨烯。常见的水净化处理有物理吸附、沉淀、离子交换、膜分离、电解、化学药剂等，物理吸附作为传统成熟的技术广泛应用于工业废水和生活污水的净化处理中，目前，物理吸附普遍采用活性炭、离子交换树脂等，近年来，随着技术的发展，新材料大量出现，出现了纳米碳管、石墨烯，在净化市场也逐步开始应用，尤其石墨烯，理论比表面积有2600m2/g，但实际上石墨烯在制作过程中会发生氧化反应，形成氧化石墨烯(GO)，而GO表面含有羟基、羰基、羧基等基团，这些含氧基团具有良好的亲水性，这些含氧基团可以和金属离子发生作用，进而可以分离富集水相中的金属离子，但随着羟基基团减少，GO吸附性能大幅度下降，容易饱和，失去吸附能力，为了提高吸附能力，需要改性，改变表面基团结构，以提升石墨烯的吸附性能。另外，单纯石墨烯材料，在吸附一些TVOC、重金属过程中，很容易发生饱和现象，短时间内就失去净化效果，影响了其在某些场所的应用，使得其应用方面受到限制。而在空气、水净化方面，目前所使用的一些具有环保功能的添加剂产品，大都采用单一品种的二氧化钛或单一的电气石微粉，这些产品对于净化效果并不是很令人满意。上述单一材料缺点是这类产品功能相对单一，而且功效时间较短，不利于实际使用。而针对这个问题，业界就将具有不同功效的几种矿物质混合并制成粉状物质，然后采用粘合剂将此种粉状物质粘附着在纺织品上面或高温烧结在陶瓷珠表面做成产品使用。而此类产品的主要缺点在于，随着使用时间的增长，附着在纺织品或陶瓷表面的有效组合物质之间容易发生排斥，引起复合材料脱落，进而导致净化功效的降低。因此，确有必要开发出一种新型的石墨烯微纳米复合材料，满足长效净化，高效、同时不易吸附饱和等方面的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯微纳米复合材料组合物、制造方法和应用，所要解决的是现有的应用于空气净化、水质净化、土壤修复
的石墨烯组合物在空气和水体净化、土壤修复，以及吸附TVOC、镉、砷、汞、铅、铬、铜、镍、锌等重金属离子的能力上不够理想、容易发生吸附饱和，不能够长时间发挥功效的技术问题。本专利技术的技术方案如下：一种石墨烯微纳米复合材料组合物，其特征在于:各物质的重量百分比为：Cn1～5％、Fe2O30.4～1％、TiO210～15％、MgO0.8～1.8％、NaO0.3～0.6％、K2O0.2～0.5％、MnO0.5～1％、CaO0.5～1％、Al2O330～40％、SiO2余量。所述的组合物，其特征在于：所述组合物为粉末状，且其平均粒径为2.6～5μm。所述的组合物，其特征在于：所述组合物为颗粒状，且其平均粒径为8～16mm。一种如上所述的组合物的制造方法，其特征在于：其包括有以下步骤：提供如上所述的各种原料物质，按预定比例将其混合；使用低速拌料机搅拌，搅拌时间持续35-50min；使用高速搅拌机搅拌，搅拌时间在10min以内，温度在65-90℃之间。一种如上所述的组合物的制造方法其特征在于：其包括有以下步骤：提供如上所述的各种物质及高岭土；将这些物质充分搅拌混合均匀；使用制粒机制粒，然后晾干、烧结制成粒径为8-16mm的颗粒状物。所述的组合物的制造方法，其特征在于：所述组合物与高岭土的重量比是1：15。所述的组合物的制造方法，其特征在于：所述晾干为自然凉干，所需时间在48～72h之间。所述的组合物的制造方法，其特征在于：所述烧结温度为700～800℃，所需时间在5～8h之间。如上所述组合物的应用，其特征在于：所述组合物依附在作为载体的纺织物上，用于空气、水净化及土壤修复。如上所述组合物的应用，其特征在于：所述组合物依附在作为金属、塑料或陶瓷载体的建筑材料上，用于空气、水净化及抗菌抑菌。本专利技术中，石墨烯(Cn)作为一种二维材料，其最大的特点是比表面积大和内部电子运动速度高，其中电子的运动速度达到光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度，将其按上述比例与二氧化钛(TiO2)材料复合，可以极大的提高二氧化钛(TiO2)光生电子的迁移率，从而降低光生电子和光生空穴的复合率，延长组合物的净化时间，但石墨烯是憎水性的，二氧化钛(TiO2)是亲水性的，两者不相容，很难复合一起，且复合强度不高，在二氧化钛(TiO2)中添加30～40％比例的氧化铝(Al2O3)成分进行均匀包覆，充分搅拌混合，氧化铝(Al2O3)具有强吸附力和催化活性，利用其吸附剂和催化剂特性，对二氧化钛(TiO2)官能团进行包覆改性，使二氧化钛(TiO2)均匀分布在石墨烯表面，解决二者不相容问题，同时二氧化钛(TiO2)中引入上述比例的氧化铝(Al2O3)，可以防止二氧化钛(TiO2)颗粒的团聚和长大、延长光生载流子的寿命；同时提高石墨烯(Cn)的吸附能力和使用寿命，此外，组合物采用上述材料比例，不仅可以对组合物进行改性，优化组合物性能，还能提高二氧化钛(TiO2)的催化性能，组合物按上述比例混合，其净化吸附饱和时间最长，净化效率最高。所述组合物依附在作为金属、塑料、陶瓷载体组合的一些设备上，用于空气、水净化。与现有技术相比，本专利技术生产工艺简单、复合材料具有净化速率快，吸附容量大、不易饱和、分子不易团聚、可再生性，使用寿命长的特点。附图说明图1是本专利技术石墨烯微纳米复合材料陶粒外观。具体实施方式本专利技术揭示的组合物中的物质主要来源于石墨烯(Cn)和伟晶岩(Pegmatite)，其主要成分有Cn、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、NaO、K2O、MnO等。石墨烯具有很强的吸附能力，伟晶岩中含有的电气石矿石(tourmaline)具有一定的净化及抑菌功能，这在现有的公开技术中都有相关说明介绍。而本专利技术揭示的组合物所包括的Al2O3和SiO2成分，可以是来源于伟晶岩(Pegmatite)中所含的Al2O3和SiO2微粉，其主要作用是一种分散隔离剂，可以将电气石颗粒被充分分散隔离，使电气石颗粒的球体表面或内部的每个永久电极颗粒发生作用，同时电气石颗粒在和石墨烯材料相互混合中，可以强化组合物的整体抗菌抑菌，延缓复合材料的吸附饱和能力，增强其净化功能持久性和高效性。以下将结合具体实施例对本专利技术的功效及应用作进一步的说明。实施例1：在本实施方式中，本专利技术涉及的组合物的各成分，其中石墨烯的片层尺寸为0.003～15μm，其他颗粒尺寸均为0.3～0.5μm，其重量％组成是：Cn1％、Fe2O30.4％、TiO212％、MgO0.8％、NaO0.3％、K2O0.2％、MnO0.5％、CaO0.5％、Al2O335％、SiO249.3％。在不同实施方式中，该重量份，可以是克、千本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯微纳米复合材料组合物，其特征在于:各物质的重量百分比为：Cn 1～5％、Fe2O3 0.4～1％、TiO2 10～15％、MgO 0.8～1.8％、NaO 0.3～0.6％、K2O 0.2～0.5％、MnO 0.5～1％、CaO 0.5～1％、Al2O3 30～40％、SiO2余量。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯微纳米复合材料组合物，其特征在于:各物质的重量百分比为：Cn1～5％、Fe2O30.4～1％、TiO210～15％、MgO0.8～1.8％、NaO0.3～0.6％、K2O0.2～0.5％、MnO0.5～1％、CaO0.5～1％、Al2O330～40％、SiO2余量。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述组合物为粉末状，且其平均粒径为2.6～5μm。3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述组合物为颗粒状，且其平均粒径为8～16mm。4.一种如权利要求1所述的组合物的制造方法，其特征在于：其包括有以下步骤：提供如权利要求1所述的各种原料物质，按预定比例将其混合；使用低速拌料机搅拌，搅拌时间持续35-50min；使用高速搅拌机搅拌，搅拌时间在10min以内，温度在65-90℃之间。5.一种如权利要求3所述的组合物的制造方法其特征在于：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴强，吴叶敏，
申请(专利权)人：吴强，
类型：发明
国别省市：上海,31