本发明专利技术涉及一种用于吸附降解亚硝胺（NNK）的石墨烯-氧化锌复合光催化材料的制备方法，首先将天然石墨经膨胀化预处理后，然后采用Hummer’s化学法氧化成氧化石墨，然后水浴条件下，通过原位反应合成石墨烯-纳米氧化锌复合光催化材料；由于石墨烯的引入，促进了光生电子空穴对的有效分离和传输，使得G-ZnO复合材料在光催化降解NNK的过程中表现出良好的吸附性能和光催化分解性能。该方法步骤简单，成本低，获得的复合光催化剂活性高，有望应用于环境中低浓度高危害污染物的光催化处理。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种用于吸附降解亚硝胺（NNK）的石墨烯-氧化锌复合光催化材料的制备方法，首先将天然石墨经膨胀化预处理后，然后采用Hummer’s化学法氧化成氧化石墨，然后水浴条件下，通过原位反应合成石墨烯-纳米氧化锌复合光催化材料；由于石墨烯的引入，促进了光生电子空穴对的有效分离和传输，使得G-ZnO复合材料在光催化降解NNK的过程中表现出良好的吸附性能和光催化分解性能。该方法步骤简单，成本低，获得的复合光催化剂活性高，有望应用于环境中低浓度高危害污染物的光催化处理。【专利说明】
本专利技术涉及及由该方法制备的复合光催化材料，属于材料、化学、环境等学科的交叉学科领域。
技术介绍
新世纪以来，环境污染危害健康的案件比比皆是。对环境污染物除了进行严格的排放控制，进行彻底降解已经成为一项越来越紧迫的任务。 烟气是一种极为复杂的混合物，但只有0.6%的有害物质其中有0.2% (60多种)是致癌和可疑致癌物，被IRAC(国际癌症研宄协会)列入黑名单的物质有七类(多环芳烃、杂环芳烃、N-亚硝胺、芳香胺、醛、杂类有机物如丙烯腈和氯乙烯、无机物)。烟气中的大部分物质环境空气中也有，如苯并芘(BP)，在城市空气、汽车尾气、厨房油烟、以及水果、蔬菜和谷物制品中都有发现。但烟草特有亚硝胺(TSNAs)是个例外，是一类在烟草晒制、处理、发酵和燃烧过程中产生的致癌物质，在烟草制品、烟气、环境烟气(ETS)、无烟烟草和其它烟草制品诸如雪茄及印度雪茄里面都被检测到。其中4-(N-甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)在烟草亚硝胺类中致癌性最强，而最近美国的环境研宄学者在水体中检测到了低浓度的烟草特有亚硝胺，因此能找到一种能彻底降解环境中类似于NNK这样低浓度高危害污染物的处理方法非常有必要。 在诸多污染物控制手段中，光催化技术具有独特的优势，能使诸多情况下难以实现的反应在较温和的条件下能够顺利进行，虽然光催化复杂的反应机理还没有被彻底了解，但是应用研宄成绩斐然。半导体光催化技术在环境污染物治理、光解水制氢、太阳能电池等领域具有广泛的应用。为提高光催化剂的性能，人们不仅将研宄的重点放在经典的二氧化钛体系，还尝试了很多其它结构相似的半导体材料，其中氧化锌就是效果最好的光催化材料之一。氧化锌是一种禁带宽度为3.2eV直接带隙半导体，具有很好的导电、导热性能和化学稳定性，然而氧化锌的光生电子空穴对易于快速复合导致光催化性能下降，因此研宄者采用了很多方法来抑制光生电子空穴对的复合并拓展光响应区域，包括结构形貌控制、贵金属负载、离子掺杂、有机无机材料复合等，其中碳材料与光催化剂的复合是其中一个主要的方向。 目前在这些碳材料中石墨烯由于其优异的性能而成为研宄热点。石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，其结构类似于未卷曲的碳纳米管。由于其独特的结构特征和非同寻常的性能近年来引起了研宄者的广泛关注，是构成新材料的非常有前景的基本结构单元，石墨烯能够作为纳米氧化锌光催化剂的支撑材料，起到电子传递通道的作用抑制光生电子空穴对的快速复合。由于石墨烯具有优异的电子传输性能，我们将石墨烯与氧化锌纳米材料进行了复合，能够大幅度提高材料的光催化性能并能抑制光催化材料的光腐蚀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于吸附降解亚硝胺(NNK)的石墨烯-纳米氧化锌复合光催化材料及其制备方法，由于亚硝胺属于烟草特有致癌成分，因此该复合光催化材料具有用作吸附降解烟草特有亚硝胺的功能材料的潜在应用价值。 本专利技术具体是通过以下技术方案实现的: 一种用于吸附降解亚硝胺(NNK)的石墨烯-纳米氧化锌复合光催化材料的制备方法，具体包括以下步骤: 步骤(I):取天然石墨置于浓硫酸中，然后加入K2S2OjP P2O5，经热反应后，加去离子水稀释并静置处理，然后经过滤、水洗和干燥得到膨胀化的天然石墨； 优选的，所述热反应的温度为60?80°C，热反应的时间为3?5小时。 优选的，所述天然石墨为80-100目的天然鳞片石墨。 优选的，所述天然石墨、浓硫酸(98wt% )、K2S208、P205以及去离子水的添加比例为3 ?5g:12 ?20ml:2.5 ?6g:450 ?550ml。 优选的，所述静置的时间为12-24小时。 步骤(2):将所述经膨胀化预处理的天然石墨采用Hu_er’s化学法氧化成氧化石墨(GO)； 所述Hu_er’ s化学法为一种较为普遍使用的石墨氧化处理方法。 本专利技术中，具体的，将所述经膨胀化预处理的天然石墨采用Hrnnmer ’ s化学法氧化成氧化石墨的过程为:将3?5g预处理的石墨加入到120?200ml冰水浴冷却的浓H2SO4中，然后边搅拌边缓慢加入15?25gKMn04，继续在35°C以下搅拌2?3小时；之后在冰水浴条件下，缓慢加入200?300ml去离子水进行稀释放热，保持温度不超过50°C，继续搅拌2?3小时；之后加入600?750ml去离子水和20?35ml 30wt%的双氧水，溶液颜色由黑色转变为亮黄色；然后再经酸洗和水洗并抽滤至干，得到的固体放置在真空烘箱中35?40°C条件下干燥7?10天即得到氧化石墨(GO)。 优选的，所述酸洗的酸液选自1:10的盐酸，即I体积的浓盐酸(37wt% )和10体积的去离子水混合而成。 优选的，使用去离子水进行水洗。 氧化过程中，通过加去离子水进行稀释放热，受热条件下，溶液中形成的氧化石墨撑开、层间距加大，因此溶液的颜色由黑色转变为亮黄色。 步骤(3):将氧化石墨分散到去离子水中，通过超声剥离形成氧化石墨烯片，离心分离得到均匀分散的氧化石墨烯分散液；然后加入纳米氧化锌，超声分散均匀后，再加入还原剂以及碱性PH调节剂，剧烈搅拌混合后，水浴加热，原位还原反应后经真空干燥既得所述石墨稀-纳米氧化锌复合光催化材料(G-ZnO)。 步骤(3)中离心分离目的是去掉不能剥离的氧化石墨。 优选的，所述形成的均匀分散的氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的浓度为0.02 ?0.1wt % ο 优选的，所述超声剥离的时间为0.5?I小时。 优选的，加入纳米氧化锌后，超声分散0.3?0.5小时使纳米ZnO分散均匀，再加入其他物质。 优选的，所述原位还原反应的温度为90?95°C，反应的时间为I?2小时。 优选的，所述原位还原反应体系中，溶剂水的含量为98?99wt% ;8卩，反应体系水含量不足情况下，还需另外添加去离子水。 优选的，所述原位还原反应体系中，氧化石墨烯与纳米氧化锌的质量之比为 0.01 ?0.1:1 ?2。 优选的，所述还原剂选自水合肼、硼氢化钠和硫化钠。 优选的，所述原位还原反应体系中，还原剂与氧化石墨烯的质量之比为6?8:10 ?15。 优选的，所述碱性pH调节剂为浓氨水(22_27wt% )、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液等。 优选的，所述原位反应体系的pH值为9?10。 优选的，所述真空干燥的为在80?100°C真空烘箱中干燥12?24小时。 本专利技术的另外一个目的是提供上述石墨烯-纳米氧化锌复合光催化材料的用途，即用作吸附降解亚硝胺(NNK)的光催化材料。 有益效果:本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于吸附降解亚硝胺的石墨烯‑纳米氧化锌复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取天然石墨置于浓硫酸中，然后加入K2S2O8和P2O5，经热反应后，加去离子水稀释并静置处理，然后经过滤、水洗和干燥得到膨胀化的天然石墨；(2)将所述经膨胀化预处理的天然石墨采用Hummer’s化学法氧化成氧化石墨；(3)将氧化石墨分散到去离子水中，通过超声剥离形成氧化石墨烯片，离心分离得到均匀分散的氧化石墨烯分散液；然后加入纳米氧化锌，超声分散均匀后，再加入还原剂以及碱性pH调节剂，剧烈搅拌混合后，水浴加热，原位还原反应后经真空干燥既得所述石墨烯‑纳米氧化锌复合光催化材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐同广，张晨，郑晓曼，杨振东，石睿，周骏，
申请(专利权)人：上海烟草集团有限责任公司，上海烟草集团北京卷烟厂，
类型：发明
国别省市：上海;31
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