一种磁性石墨烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种磁性石墨烯复合材料及其制备方法和应用，该制备方法包括：步骤S1、将浓度小于0.15mol/L的FeCl3水溶液与浓度小于0.5mol/L的碳酸氢钠水溶液混合得到第一混合液；步骤S2、将抗坏血酸水溶液与氧化石墨烯水溶液混合得到第二混合液；步骤S3、第一混合液与第二混合液混合反应即得；其中，抗坏血酸、FeCl3与氧化石墨烯的质量比为(0.1～0.72):0.65:(0.04～0.12)。本发明专利技术的磁性石墨烯复合材料的制备方法，涉及试剂种类少，生物兼容性好、工艺简单易于实现，所制备得到的磁性石墨烯复合材料能够高效吸附植物油脂中的苯并[a]芘杂质。

Magnetic graphene composite material and preparation method and application thereof

The invention provides a magnetic graphene composite material and its preparation method and application. The preparation method includes: mixing FeCl3 aqueous solution with sodium bicarbonate aqueous solution with concentration less than 0.15mol/L to obtain the first mixture; 2. mixing ascorbic acid aqueous solution with graphene oxide aqueous solution; The second mixture is obtained; the first mixture reacts with the second mixture; the mass ratio of ascorbic acid, FeCl3 and graphene oxide is (0.1-0.72): 0.65:(0.04-0.12). The preparation method of the magnetic graphene composite material of the invention involves fewer reagents, good biocompatibility, simple process and easy realization. The prepared magnetic graphene composite material can efficiently adsorb benzo [a] pyrene impurities in vegetable oil.

【技术实现步骤摘要】
一种磁性石墨烯复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及石墨烯材料，更具体地，涉及一种磁性石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
苯并[a]芘是一种由五个苯环构成的稠环芳烃，被认为是一种高活性致癌剂和突变原。大量研究证明，苯并[a]芘可以导致消化道癌、膀胱癌、乳腺癌等多种癌症，并具有致畸性和致DNA突变等危害。苯并[a]芘广泛存在于水体、土壤、作物等环境中，在食品中也经常被检出，含量通常在μg/kg～ng/kg之间。在人们日常接触的食物中，食用植物油是最易受苯并[a]芘污染的食品之一。植物油的生产工艺主要有压榨工艺和浸出工艺，生产过程中可能涉及高温蒸炒料坯、高温压榨、有机溶剂浸出和高温脱溶的一个或多个环节，在这些环节中，油料中的碳水化合物、蛋白质、脂类等成分或浸出溶剂中的多环芳烃类杂质容易在高温下发生热解和聚合，产生大量苯并[a]芘，导致食用植物油中的苯并[a]芘超标。为此，我国出台了相关的苯并[a]芘限量和检测标准以保障国民健康和消费安全，在国标《GB2762-2017食品安全国家标准食品中污染物限量》中就明确指出油脂及其制品中苯并[a]芘的限量为10μg/kg。开展食用植物油中苯并[a]芘脱毒技术研究，对避免食品质量安全事件再次发生、促进油脂企业健康发展、帮助产业升级具有重要意义。目前，植物油中苯并[a]芘的去除方法主要有低温沉降法、溶剂萃取法、化学反应法、微生物去除法和物理吸附法等。低温沉降法主要是利用植物油凝固点低且与苯并[a]芘密度不同来实现二者分离脱毒的，但是该法动力消耗大。溶剂萃取法采用的是对苯并[a]芘溶解度远大于植物油的溶剂萃取苯并[a]芘，达到去除目的，但是萃取法容易引起二次污染。化学反应法通常采用光氧化和化学氧化降解苯并[a]芘，但是降解产物的毒性却缺乏研究；微生物去除法是利用天然微生物对苯并[a]芘的高效吸附来脱毒的，但是目前相关微生物资源不多，大规模应用未见报道。目前，油脂生产中苯并[a]芘的去除主要还是采用物理吸附法，此法较其他方法应用简单、成本低廉，可以大规模生产应用。目前研究结果表明，常用的吸附剂，如活性炭、活性白土、硅藻土等中，可以有效去除植物油中苯并[a]芘的是活性炭。也有一些新型的吸附材料被报道可以用于吸附植物油中的苯并[a]芘，如腐殖酸键合硅胶和改性的人造纤维等。现有的吸附剂虽脱除效果较好，但是与油脂分离耗时费力，不能够很好地满足油脂快速生产的需求。磁性颗粒可以在外加磁场作用下快速富集和定向运动，因此，在分析化学、医学、食品科学等领域都有广泛应用。而石墨烯及氧化石墨烯可以与含有苯环类物质发生π-π堆叠，因此，对多种芳香类污染物具有一定的吸附性。目前公开发表的吸附苯并芘的相关中国专利，如，CN201510193006.X公开的一种选择性吸附苯并芘和苯酚的滤嘴纤维的制备方法、CN201610591211.6一种石墨烯吸附材料、其制备方法及其应用和卷烟过滤嘴、CN201610082025.X一种复合纤维、及其制备方法和用途和CN201710229870.X公开的一种选择吸附卷烟烟气中苯并芘和苯酚的滤嘴，涉及采用氧化石墨烯或氧化石墨烯与壳聚糖混合溶液浸涂纤维制备出人造滤嘴纤维，截留卷烟烟气中的苯并芘和苯酚。这些专利针对的是烟草气体中苯并芘的移除进行专利技术创造，油脂环境中的苯并[a]芘不同于烟气中的苯并芘，苯并[a]芘具有强的亲脂性，容易在植物油中富集，要想从油脂中将苯并[a]芘脱除出来，必须对制备的磁性石墨烯进行相应修饰，保障制备的复合材料既具有强磁性、生物兼容性又能对油脂中的苯并[a]芘具有高效吸附性，移除方法无法借鉴上述公开的专利。研究一种成本低廉，高效快速的去除食用植物油中苯并[a]芘的吸附剂及应用方法，对于保障人类的食用油消费安全具有重要的意义和应用价值。而目前制备磁性石墨烯的方法，涉及试剂种类多、工艺复杂、生物兼容性差。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的磁性石墨烯复合材料及其制备方法和应用，以解决磁性石墨烯制备工艺复杂、杂质多、生物兼容性差的技术问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种磁性石墨烯复合材料的制备方法，其包括：步骤S1、将浓度小于0.15mol/L且FeCl3水溶液与浓度小于0.5mol/L的碳酸氢钠水溶液混合得到第一混合液；步骤S2、将抗坏血酸水溶液与氧化石墨烯水溶液混合得到第二混合液；步骤S3、第一混合液与第二混合液混合反应即得；其中，抗坏血酸、FeCl3与氧化石墨烯的质量比为(0.1～0.72):0.65:(0.04～0.12)。在本专利技术所提供的方法中，将氯化铁(FeCl3)水溶液与碳酸氢钠水溶液混合，其中的Fe3+在弱碱性条件下能够缓和地反应，以生成Fe(OH)3晶种。此外，碳酸氢钠本身具有调节pH的作用，以使溶液中pH值的波动不大。则Fe3+反应以生成Fe(OH)3的反应条件比较稳定，使所获得Fe(OH)3的颗粒大小均一。进一步，FeCl3水溶液的浓度控制在0.15mol/L以下，碳酸氢钠水溶液的浓度控制在0.5mol/L以下，能够控制二者反应所得到的Fe(OH)3的颗粒尺寸在合适的范围，以避免Fe(OH)3的颗粒尺寸过大而影响所得磁性纳米颗粒在石墨烯片层上分布的均一性，从而导致制备的复合材料的磁性不均一。在步骤S1中，具体地，在室温条件下，将FeCl3水溶液逐滴滴加到碳酸氢纳水溶液中，磁力搅拌20-60min，以得到第一混合液。该第一混合液为含有红褐色氢氧化铁沉淀的混合液。具体地，FeCl3水溶液与碳酸氢钠水溶液混合后，在磁力搅拌条件下反应20-60min，以使Fe3+反应生成Fe(OH)3，便于后续与还原氧化石墨烯的反应。在一个优选实施方式中，氯化铁水溶液也可以由硝酸铁(Fe(NO3)3)水溶液、硫酸铁(Fe2(SO4)3)水溶液等水溶液代替；优选为氯化铁水溶液。在一个优选实施方式中，FeCl3水溶液的摩尔浓度优选为0.05～0.12mol/L。FeCl3水溶液的摩尔浓度进一步优选为0.1mol/L。在一个优选实施方式中，碳酸氢钠水溶液的摩尔浓度优选为0.2～0.5mol/L。碳酸氢钠水溶液的摩尔浓度进一步优选为0.45mol/L。在一个优选实施方式中，在FeCl3水溶液与碳酸氢钠水溶液混合，以使二者反应时，使Fe3+与碳酸氢钠摩尔比优选为1:9。使Fe3+与碳酸氢钠摩尔比保持在合适的范围，能够更进一步提高Fe3+在弱碱性条件下的反应效率，避免Fe(OH)3颗粒尺寸生长过大而影响后续反应效率。同时，使Fe3+的反应条件更稳定，所得到的Fe(OH)3颗粒尺寸更均匀。同时，在另一反应器皿中，将抗坏血酸水溶液与氧化石墨烯水溶液混合均匀，抗坏血酸将氧化石墨烯部分还原而得到还原氧化石墨烯。还原氧化石墨烯具有一定的疏水性，能够更好地与植物油脂混合，以去除植物油脂的杂质。在步骤S2中，具体地，在室温条件下，将抗坏血酸水溶液缓慢地滴入到氧化石墨烯水溶液中，边加边搅拌。待全部加入完毕后，将抗坏血酸与氧化石墨烯的混合水溶液超声30～60min，使抗坏血酸与氧化石墨烯充分反应，即可得到还原氧化石墨烯。在一个优选实施方式中，在配制氧化石墨烯水溶液时，将横向尺寸为0.5～3μm的单层或少层氧化石墨烯溶解到水中。然后，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1、将浓度小于0.15mol/L的FeCl3水溶液与浓度小于0.5mol/L的碳酸氢钠水溶液混合得到第一混合液；步骤S2、将抗坏血酸水溶液与氧化石墨烯水溶液混合得到第二混合液；步骤S3、第一混合液与第二混合液混合反应即得；其中，抗坏血酸、FeCl3与氧化石墨烯的质量比为(0.1～0.72):0.65:(0.04～0.12)。

【技术特征摘要】
1.一种磁性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1、将浓度小于0.15mol/L的FeCl3水溶液与浓度小于0.5mol/L的碳酸氢钠水溶液混合得到第一混合液；步骤S2、将抗坏血酸水溶液与氧化石墨烯水溶液混合得到第二混合液；步骤S3、第一混合液与第二混合液混合反应即得；其中，抗坏血酸、FeCl3与氧化石墨烯的质量比为(0.1～0.72):0.65:(0.04～0.12)。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，抗坏血酸、FeCl3与氧化石墨烯的质量比为(0.3～0.72):0.65:(0.04～0.12)。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，FeCl3水溶液的摩尔浓度为0.05～0.12mol/L；和/或，碳酸氢钠水溶液的摩尔浓度为0.2～0.5mol/L。4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合物中，FeCl3与碳酸氢钠的摩尔比为1:9。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯水溶液的质量浓度为1～5mg/mL；抗坏...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻理，李培武，杨代斌，马飞，毛劲，张良晓，张奇，张文，
申请(专利权)人：中国农业科学院油料作物研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42