氮硫双掺杂石墨烯制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氮硫双掺杂石墨烯制备方法，包括以下步骤：以石墨粉为原材料按照氧化还原法制备氧化石墨烯分散液；确定氧化石墨烯分散液的浓度；按照氮硫双掺杂石墨烯中的氧化石墨烯与氮硫的质量配比，确定尿素和硫代硫酸钠固体的质量；按照确定的尿素和硫代硫酸钠固体的质量称取尿素和硫代硫酸钠固体并溶解到蒸馏水后加入到氧化石墨烯分散液中超声处理，记作混合液；转移混合液于聚四氟乙烯反应釜中，放置于干燥箱中干燥反应，得到固体混合物；冷却固体混合物至室温，用乙醇和蒸馏水反复洗涤离心，并烘干，生成氮硫双掺杂石墨烯。通过本发明专利技术的技术方案，催化降解性能得到进一步增强，具有较好的活性和稳定性，还提高了材料可见光利用率。

Preparation of nitrogen and sulfur double doped graphene

The invention provides a preparation method of Nitrogen-Sulfur double-doped graphene, which includes the following steps: preparing graphene oxide dispersion solution by redox method using graphite powder as raw material; determining the concentration of graphene oxide dispersion solution; determining urea and Nitrogen-Sulfur according to the mass ratio of graphene oxide and Nitrogen-Sulfur in Nitrogen-Sulfur double-doped graphene. Solid quality of sodium thiosulfate; solid urea and sodium thiosulfate are weighed according to the determined solid quality of urea and sodium thiosulfate and dissolved in distilled water and added to graphene oxide dispersion solution for ultrasonic treatment, which is recorded as a mixture; transfer the mixture to PTFE reactor and place it in drying chamber for drying reaction The solid mixture is obtained by cooling the solid mixture to room temperature, washing and centrifuging repeatedly with ethanol and distilled water, and drying to produce N-S double-doped graphene. Through the technical scheme of the present invention, the catalytic degradation performance is further enhanced, the catalytic degradation performance has better activity and stability, and the utilization ratio of visible light of the material is improved.

【技术实现步骤摘要】
氮硫双掺杂石墨烯制备方法
本专利技术涉及纳米复合材料制备
，具体而言，涉及一种氮硫双掺杂石墨烯制备方法。
技术介绍
目前，染料废水的处理方法主要有物理处理法、化学处理法和生物处理法，及三种处理方法混合使用。其中，吸附法因为其所需费用相对较低，不需要大型复杂设备，操作又比较简单等优点，在污水处理方面有广泛的应用和卓越的成效。石墨烯作为一种新型的碳基材料，除了具有碳基材料的共同优势外，还拥有大比表面积和较好的吸附能力，这使其在处理废水中有机染料分子和重金属离子污染中表现出了很大的优势，广泛应用于染料废水的降解处理。然而独立存在的石墨烯容易发生聚集，堆叠在一起，降低了其比表面积利用率，影响其降解性能的发挥，将两种不同的杂原子掺杂到石墨烯材料中，使其形成二元共掺杂石墨烯复合材料，更进一步改进优化了石墨烯，因此双掺杂也成为了提高石墨烯材料氧还原催化性能的一种重要方法。如何制备二元共掺杂石墨烯复合材料并将其应用到染料废水处理中成为了亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提供一种氮硫双掺杂石墨烯制备方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案提供了一种氮硫双掺杂石墨烯制备方法，制备出的氮硫双掺杂石墨烯适用于染料废水的降解，包括以下步骤：以石墨粉为原材料按照氧化还原法制备氧化石墨烯分散液；确定氧化石墨烯分散液的浓度；按照氮硫双掺杂石墨烯中的氧化石墨烯与氮硫的质量配比，确定尿素和硫代硫酸钠固体的质量，氧化石墨烯与氮硫的质量配比为：氧化石墨烯1份，氮硫10份～40份；按照确定的尿素和硫代硫酸钠固体的质量称取尿素和硫代硫酸钠固体并溶解到蒸馏水后加入到氧化石墨烯分散液中超声处理，记作混合液，超声处理的时间为25min～35min；转移混合液于聚四氟乙烯反应釜中，放置于干燥箱中干燥反应，得到固体混合物，干燥反应的温度为150℃～200℃，反应时间为17h～19h；冷却固体混合物至室温，用乙醇和蒸馏水反复洗涤离心，并烘干，生成氮硫双掺杂石墨烯，烘干的温度为55℃～75℃，烘干的时间为5.5h～6.5h。在该技术方案中，氮硫双掺杂石墨烯的制备过程简单，可实现性强，制备出的氮硫双掺杂石墨烯稳定性高，催化降解性能得到进一步增强。N/S共掺杂后具有较好的活性和稳定性，还提高了材料可见光利用率，在一定程度上调节带隙，提高光生电子数目，从而能够有效地光催化降解含有甲基橙等的染料废水。在上述技术方案中，优选地，超声处理的时间为30min，干燥反应的温度为180℃，反应时间为18h，烘干的温度为60℃，烘干的时间为6h。在该技术方案中，进一步优化了氮硫双掺杂石墨烯的制备，进一步提升了氮硫双掺杂石墨烯的活性、稳定性、催化降解等性能。在上述任一项技术方案中，优选地，以石墨粉为原材料按照氧化还原法制备氧化石墨烯分散液，具体包括：按照以下质量配比称取过硫酸钾、五氧化二磷、石墨粉，过硫酸钾、五氧化二磷、石墨粉的质量配比为：过硫酸钾1份，五氧化二磷1份，石墨粉2份；将称量好的过硫酸钾、五氧化二磷、石墨粉放入盛有40份浓硫酸的第一容器中；水浴加热以及搅拌第一容器中物质，进行反应，并转移产物至盛有蒸馏水的第二容器中，水浴加热的温度为75℃～85℃，搅拌反应时间为5.5h～6.5h；用大量蒸馏水反复冲洗抽滤第二容器中的物质至呈中性，记作第一固体产物；将冲洗抽滤后形成的第一固体产物破碎后放入干燥皿中烘干，记作第二固体产物，烘干温度为45℃～55℃，烘干时间为7.5h～8.5h；将第二固体产物放入盛有65份浓硫酸的第三容器中，冰浴搅拌2h，同时在冰浴搅拌过程中缓慢加入5-6份高猛酸钾；中温水浴加热并搅拌第三容器中的溶液，中温水浴加热温度为35℃，中温水浴加热并搅拌的时间为3.5h，之后进行冰浴搅拌2h，同时在冰浴搅拌过程中缓慢加入90-100份蒸馏水；加热第三容器中的溶液至98℃，并搅拌直至溶液变为亮黄色为止；当第三容器中的溶液变为亮黄色时，迅速加入8-9份双氧水终止反应，并反复冲洗离心，得到第三固体产物；溶解第三固体产物至240份蒸馏水中，形成氧化石墨烯分散液。在该技术方案中，以石墨粉为原材料按照氧化还原法制备氧化石墨烯分散液，原材料的利用率高，配比适宜，制备出的氧化石墨烯分散液的稳定性比较强，有利于实现氮硫双掺杂石墨烯的制备，制备出的氧化石墨烯分散液保存备用。更为具体地，水浴加热以及搅拌第一容器中物质，进行反应，并转移产物至盛有蒸馏水的第二容器中，水浴加热的温度为80℃，搅拌反应时间为6h。将冲洗抽滤后形成的第一固体产物破碎后放入干燥皿中烘干，记作第二固体产物，烘干温度为50℃，烘干时间为8h。在上述任一项技术方案中，优选地，确定氧化石墨烯分散液的浓度，具体包括：洗净蒸发皿置于干燥器中，在70℃下充分干燥12h后冷却至室温，称重，记作M1；将氧化石墨烯分散液超声分散30min后量取指定体积加入蒸发皿中，指定体积记作V；将加入氧化石墨烯分散液的蒸发皿置于干燥器中，在70℃下充分干燥12h后冷却至室温，称重，记作M2；确定氧化石墨烯分散液的浓度为(M2-M1)/V。在该技术方案中，氧化石墨烯分散液的浓度的确定更加准确，而且操作简单，成本较低，在将氧化石墨烯分散液超声分散30min后量取指定体积加入蒸发皿中，使得量取的氧化石墨烯分散液具有代表性，进一步使得确定氧化石墨烯分散液的浓度更加准确。在上述任一项技术方案中，优选地，指定体积为5ml～15ml。在该技术方案中，指定体积为5ml～15ml，一方面，减少了因氧化石墨烯分散液过少而导致的误差较大，另一方面，减少了因氧化石墨烯分散液过多而导致的浪费。更为优选地，指定体积为10ml。在上述任一项技术方案中，优选地，氧化石墨烯与氮硫的质量配比为：氧化石墨烯1份，氮硫30份。在该技术方案中，氧化石墨烯与氮硫的质量配比为：氧化石墨烯1份，氮硫30份，制备出的氮硫双掺杂石墨烯对甲基橙的催化降解效果更好，过多的氮硫分布在氧化石墨烯表面，容易限制氮硫掺杂石墨烯对甲基橙的催化降解能力，而太少的氮硫甚至不掺杂氮硫时则会使材料降解率明显降低。可能由于单一存在发生堆叠，降低了比表面积利用率。在上述任一项技术方案中，优选地，氮硫双掺杂石墨烯应用于染料废水的降解时，适用pH值为6.0～9.0。在该技术方案中，氮硫双掺杂石墨烯应用于染料废水的降解时，适用pH值为6.0～9.0，在此中性条件下，降解效果更好，过酸性，氢离子直接影响甲基橙的吸附位点的量和分散程度，也会影响到氧化石墨烯复合材料的离子化程度。通过以上技术方案，制备出的氮硫双掺杂石墨烯，对含有甲基橙等染料废水的的降解效果好，氮硫双掺杂石墨烯具有较好的活性和稳定性，还提高了材料可见光利用率，在一定程度上调节带隙，提高光生电子数目，从而能够有效地光催化降解含有甲基橙等的染料废水。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1示出了四种不同石墨烯材料降解甲基橙性能的影响曲线图；图2示出了两种不同石墨烯材料的紫外-可见光谱图；图3示出了N/S掺杂量不同对N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮硫双掺杂石墨烯制备方法，制备出的所述氮硫双掺杂石墨烯适用于染料废水的降解，其特征在于，包括以下步骤：以石墨粉为原材料按照氧化还原法制备氧化石墨烯分散液；确定所述氧化石墨烯分散液的浓度；按照所述氮硫双掺杂石墨烯中的氧化石墨烯与氮硫的质量配比，确定尿素和硫代硫酸钠固体的质量，所述氧化石墨烯与氮硫的质量配比为：氧化石墨烯1份，氮硫10份～40份；按照确定的尿素和硫代硫酸钠固体的质量称取尿素和硫代硫酸钠固体并溶解到蒸馏水后加入到所述氧化石墨烯分散液中超声处理，记作混合液，所述超声处理的时间为25min～35min；转移所述混合液于聚四氟乙烯反应釜中，放置于干燥箱中干燥反应，得到固体混合物，所述干燥反应的温度为150℃～200℃，反应时间为17h～19h；冷却所述固体混合物至室温，用乙醇和蒸馏水反复洗涤离心，并烘干，生成所述氮硫双掺杂石墨烯，所述烘干的温度为55℃～75℃，所述烘干的时间为5.5h～6.5h。

【技术特征摘要】
1.一种氮硫双掺杂石墨烯制备方法，制备出的所述氮硫双掺杂石墨烯适用于染料废水的降解，其特征在于，包括以下步骤：以石墨粉为原材料按照氧化还原法制备氧化石墨烯分散液；确定所述氧化石墨烯分散液的浓度；按照所述氮硫双掺杂石墨烯中的氧化石墨烯与氮硫的质量配比，确定尿素和硫代硫酸钠固体的质量，所述氧化石墨烯与氮硫的质量配比为：氧化石墨烯1份，氮硫10份～40份；按照确定的尿素和硫代硫酸钠固体的质量称取尿素和硫代硫酸钠固体并溶解到蒸馏水后加入到所述氧化石墨烯分散液中超声处理，记作混合液，所述超声处理的时间为25min～35min；转移所述混合液于聚四氟乙烯反应釜中，放置于干燥箱中干燥反应，得到固体混合物，所述干燥反应的温度为150℃～200℃，反应时间为17h～19h；冷却所述固体混合物至室温，用乙醇和蒸馏水反复洗涤离心，并烘干，生成所述氮硫双掺杂石墨烯，所述烘干的温度为55℃～75℃，所述烘干的时间为5.5h～6.5h。2.根据权利要求1所述的氮硫双掺杂石墨烯制备方法，其特征在于，所述超声处理的时间为30min，所述干燥反应的温度为180℃，所述反应时间为18h，所述烘干的温度为60℃，所述烘干的时间为6h。3.根据权利要求2所述的氮硫双掺杂石墨烯制备方法，其特征在于，所述以石墨粉为原材料按照氧化还原法制备氧化石墨烯分散液，具体包括：按照以下质量配比称取过硫酸钾、五氧化二磷、石墨粉，所述过硫酸钾、五氧化二磷、石墨粉的质量配比为：过硫酸钾1份，五氧化二磷1份，石墨粉2份；将称量好的所述过硫酸钾、五氧化二磷、石墨粉放入盛有40份浓硫酸的第一容器中；水浴加热以及搅拌所述第一容器中物质，进行反应，并转移产物至盛有蒸馏水的第二容器中，所述水浴加热的温度为75℃～85℃，所述搅拌反应时间为5.5h～6.5h；用大量蒸馏水反...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，尚海滨，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：发明
国别省市：山东,37