一种三维磁性石墨烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三维磁性石墨烯复合材料的制备方法，属于石墨烯制备领域。所述制备方法包括：向氧化石墨烯的水溶液中加入四氧化三铁纳米颗粒和十六烷基三甲基溴化铵，经过超声后，得到混合溶液；将所述混合溶液进行预冷，得到预冷固体产物；将所述预冷固体产物进行冷冻干燥，得到固体产物；提纯所述固体产物，得到三维磁性石墨烯复合材料。该制备方法不需要大量的还原试剂，这可以避免还原剂污染环境，同时制备过程可在常温下进行，这可以减少能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种三维磁性石墨烯复合材料的制备方法
本专利技术涉及石墨烯制备领域，特别涉及一种三维磁性石墨烯复合材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯的层与层之间存在很强的π-π作用和范德华力，这会导致石墨烯的层与层之间发生团聚和堆叠现象，这样就极大地降低了石墨烯的有效比表面积，从而影响吸附效果与吸附选择性，限制了其应用范围。因此，在很多实际应用中，通常会把二维的石墨烯组装成三维的石墨烯，比如石墨烯水凝胶、气凝胶或泡沫等。三维的石墨烯在保持二维的石墨烯的优异性能的同时，其多孔的网状结构，能够提供物质的传输与储存提供空间。已有大量研究表明三维的石墨烯是一种性能优良的吸附材料。虽然三维的石墨烯具有很好的吸附性能，但由于其不易从溶液中分离出来，所以不利于其实验操作和材料的回收利用。研究者们采用磁性材料改性石墨烯得到三维磁性石墨烯复合材料，三维磁性石墨烯复合材料兼具磁性材料和石墨烯的特殊性质，在能量储存、药物传递和污染物去除等领域显示了良好的应用前景。目前的三维磁性石墨烯复合材料往往需要依赖大量的还原剂或高温反应，这使得三维磁性石墨烯复合材料的制备污染大且能耗大。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种三维磁性石墨烯复合材料的制备方法，该制备方法不需要大量的还原试剂，这可以避免还原剂污染环境，同时制备过程可在常温下进行，这可以减少能耗。所述技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种三维磁性石墨烯的制备方法，所述制备方法包括：向氧化石墨烯的水溶液中加入四氧化三铁纳米颗粒和十六烷基三甲基溴化铵，经过超声后，得到混合溶液；将所述混合溶液进行预冷，得到预冷固体产物；将所述预冷固体产物进行冷冻干燥，得到固体产物；提纯所述固体产物，得到三维磁性石墨烯复合材料。进一步地，所述超声的温度为20～30℃，所述超声的时间为30～60min，所述超声的频率为40Hz，所述超声的功率为500～1000W。具体地，所述四氧化三铁纳米颗粒、所述十六烷基三甲基溴化铵和所述氧化石墨的水溶液中的溶质的质量比为1：1：1。具体地，所述氧化石墨烯的水溶液的制备方法包括：将氧化石墨烯溶于水中，经过超声分散，得到所述氧化石墨烯的水溶液。具体地，所述氧化石墨烯的水溶液的浓度为10～13g/L。具体地，所述冷冻干燥于冷冻干燥机中进行。具体地，所述冷冻干燥的温度为-50～-40℃，所述冷冻干燥的时间为24～48h，所述冷冻干燥的压力为0.10～0.20mbar。具体地，所述预冷的温度为-20～0℃。具体地，所述提纯所述固体产物的方法包括：将所述固体产物用水洗涤后，置于真空干燥箱中干燥。进一步地，所述干燥的温度为50～80℃。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术实施例提供的三维磁性石墨烯复合材料的制备方法是一种绿色、温和、简单的合成方法，且该制备方法不需要大量的还原试剂，这可以避免还原剂污染环境，同时制备过程可在常温下进行，这可以减少能耗。通过该方法制得的三维磁性石墨烯复合材料，含有磁性的四氧化三铁纳米颗粒，这使得在待吸附分离的样品的前处理过程中，可利用磁性从溶液中快速分离目标分析物，使得吸附分离的操作简单易行，同时，十六烷基三甲基溴化铵是一种交联剂，其能够使三维磁性石墨烯复合材料的结构更加稳定，同时十六烷基三甲基溴化铵还可以使三维磁性石墨烯复合材料的表面富含带正电荷的阳离子，这可增强对带负电荷的化合物的吸附力，而且，通过疏水作用和静电作用可将该三维磁性石墨烯复合材料用于疏水性比较强或电负性强的化合物的吸附。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一提供的三维磁性石墨烯复合材料被磁铁吸引的实物图，图中，X为磁铁，Y为实施例一提供的三维磁性石墨烯复合材料；图2是本专利技术提供的三种吸附材料的X射线衍射(XRD)的对比图，图中，1为实施例一提供的三维磁性石墨烯复合材料；2为对比例一提供的三维磁性石墨烯复合材料；3为四氧化三铁纳米颗粒(对照)；4为对比例二提供的石墨烯复合材料；图3是本专利技术提供的三种吸附材料对水中全氟化合物的吸附效果的对比图，图中，A为实施例一提供的三维磁性石墨烯复合材料；B为对比例一提供的三维磁性石墨烯复合材料；C为对比例二提供的石墨烯复合材料；D为四氧化三铁纳米颗粒(对照)；图4是图3的局部放大图；图5是本专利技术提供的三种吸附材料对水中不同碳链长度全氟化合物的吸附效果对比图，图中，A为实施例一提供的三维磁性石墨烯复合材料；B为对比例一提供的三维磁性石墨烯复合材料；C为对比例二提供的石墨烯复合材料；D为四氧化三铁纳米颗粒(对照)。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例提供了一种三维磁性石墨烯的制备方法，制备方法包括：向氧化石墨烯的水溶液中加入四氧化三铁纳米颗粒和十六烷基三甲基溴化铵，经过超声后，得到混合溶液；将混合溶液进行预冷，得到预冷固体产物；将预冷固体产物进行冷冻干燥，得到固体产物；提纯固体产物，得到三维磁性石墨烯复合材料。进一步地，超声的温度为20～30℃，所述超声的时间为30～60min，所述超声的频率为40Hz，所述超声的功率为500～1000W。具体地，四氧化三铁纳米颗粒、十六烷基三甲基溴化铵和氧化石墨的水溶液中的溶质的质量比为1：1：1。具体地，氧化石墨烯的水溶液的制备方法包括：将氧化石墨烯溶于水中，经过超声分散，得到氧化石墨烯的水溶液。具体地，氧化石墨烯的水溶液的浓度为10～13g/L。具体地，冷冻干燥于冷冻干燥机中进行。具体地，冷冻干燥的温度为-50～-40℃，冷冻干燥的时间为24～48h，冷冻干燥的压力为0.10～0.20mbar。具体地，预冷的温度为-18～0℃。具体地，提纯固体产物的方法包括：将固体产物用水洗涤后，置于真空干燥箱中干燥。进一步地，干燥的温度为50～80℃。本实施例采用现有的改良的Hummers方法制备氧化石墨烯。具体方法包括：取13.4mL磷酸加入250mL圆底烧瓶中，将圆底烧瓶置于恒温加热磁力搅拌器内，再取120mL硫酸边搅拌边缓慢加入圆底烧瓶中，混匀后冷却至室温待用。然后分别取1g石墨粉和6g高锰酸钾缓慢倒入圆底烧瓶中，得到绿褐色的溶液。加热该绿褐色的溶液至60℃，加热时间为8h，反应过程中绿褐色的溶液变成紫褐色的溶液。停止加热，待紫褐色的溶液冷却至室温，向其中倒入过量的冰块(用200mL的去离子水冷冻所得)，然后加入20mL浓度为30％的过氧化氢，紫褐色的溶液变成土黄色的溶液反应过程中溶液会剧烈放热和冒泡。将土黄色的溶液静置过夜，使土黄色的溶液分层，去掉上层的清液，保留下层的沉淀物，向沉淀物中加水并进行离心(离心的转速为8000rpm，离心的时间为10min，离心时的温度为4℃)，得到离心沉淀产物，将该离心沉淀产物洗涤至溶液呈中性，得到粘稠的胶体物质，将该粘稠的胶体物质于60℃下干燥，即得到氧化石墨烯。本实施例采用传统的共沉淀法制备四氧化三铁纳米颗粒，具体方法包括：将去离子水用氮气脱氧后，得到脱氧的去离子水；取2g的F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维磁性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：向氧化石墨烯的水溶液中加入四氧化三铁纳米颗粒和十六烷基三甲基溴化铵，经过超声后，得到混合溶液；将所述混合溶液进行预冷，得到预冷固体产物；将所述预冷固体产物进行冷冻干燥，得到固体产物；提纯所述固体产物，得到三维磁性石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种三维磁性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：向氧化石墨烯的水溶液中加入四氧化三铁纳米颗粒和十六烷基三甲基溴化铵，经过超声后，得到混合溶液；将所述混合溶液进行预冷，得到预冷固体产物；将所述预冷固体产物进行冷冻干燥，得到固体产物；提纯所述固体产物，得到三维磁性石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声的温度为20～30℃，所述超声的时间为30～60min，所述超声的频率为40Hz，所述超声的功率为500～1000W。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述四氧化三铁纳米颗粒、所述十六烷基三甲基溴化铵和所述氧化石墨的水溶液中的溶质的质量比为1：1：1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的水溶液的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，梁勇，周珍，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42