一种高催化活性的改性石墨烯材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高催化活性的改性石墨烯材料及其制备方法。所述制备方法可包括步骤：用清洗液清洗氧化石墨，过滤，得滤饼；将滤饼与水混合，搅拌，得浆糊状产物；将浆糊状产物进行金属或非金属掺杂，得掺杂产物；将掺杂产物在低温、低湿和真空条件下进行冷冻干燥，得冷干产物；将冷干产物进行退火处理，得高改性石墨烯材料。所述改性石墨烯材料包括采用上述方法制备出的材料。本发明专利技术有益效果包括：制备方法简便、成本低；石墨烯材料具有高催化活性，能将河流中V类指标化学需氧量、氨氮和总磷分别降至37、1和0.14(mg/L)，黑臭指标溶解氧增至9.43mg/L、悬浮物降至3.42mg/L，可初步实现劣V类和黑臭水体双消除。

A modified graphene material with high catalytic activity and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高催化活性的改性石墨烯材料及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯领域，特别地，涉及一种具有高催化活性的改性石墨烯材料及其制备方法。
技术介绍
随着对环境污染的重视，能够净化水质的环保材料越来越受人们的欢迎。目前在环境治理方面，石墨烯材料因为具有优异的比表面积可以用作吸附材料，但其相对于传统材料并不具备市场竞争力。石墨烯也可应用于催化领域，其主要用作电催化水分解、氧还原、二氧化碳还氮还原(即将二氧化碳还原成为一氧化碳、烯烃、烷类等)等等；目前，关于石墨烯对环境催化的研究相对较少，且实际应用方面的缺口相对较大。目前石墨烯用于水处理主要集中在光催化净化水体技术，但是这种石墨烯材料需要制备成薄膜，放在水体表面，仅仅依靠白日光照射在薄膜表面，激发电子跃迁，产生活性物质，从而去除水中的污染物，这种方式水体净化时间缓慢，效率低下，对于紫外线、光照强度不强的地方，并不具备实用性；另外，这种技术需要大面积覆盖水面，侵占水生物活动面积，并不利于生态环境的可持续发展。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种能够处理水体污染的高催化活性的改性石墨烯材料及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种高催化活性氧化石墨材料的制备方法。所述制备方法可包括以下步骤：将氧化石墨与水按照质量比1：30～50混合，搅拌，得到浆糊状产物；将所述浆糊状产物在低温、低湿和真空条件下进行冷冻干燥，得到冷干产物；将所述冷干产物进行退火处理，得到高催化活性的改性石墨烯材料。本专利技术另一方面也提供了一种高催化活性的改性石墨烯材料的制备方法。所述制备方法可包括以下步骤：将氧化石墨与水按照质量比1：30～50混合，搅拌，得到浆糊状产物；将所述浆糊状产物进行掺杂，得到掺杂产物；将所述掺杂产物在低温、低湿和真空条件下进行冷冻干燥，得到冷干产物；将所述冷干产物进行退火处理，得到高催化活性的改性石墨烯材料。根据本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，在将氧化石墨与水混合之前，所述制备方法还可包括步骤：清洗氧化石墨以去除杂，例如可用清洗液清洗氧化石墨以去除杂质，清洗液包括弱极性溶剂。根据本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，所述氧化石墨中O/C比可为3～7，层数可为十数层至数十层，层间距可为根据本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，所述进行冷冻干燥的低温条件可包括温度为-60～-45℃，例如-49、-56、-59℃等，低湿条件可包括湿度小于0.5％(即相对湿度)，例如0.4％，真空条件可包括真空度为-0.95～-0.1MPa，例如-0.99MPa。根据本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，所述退火处理的步骤可包括：将所述冷干产物加热至300～400℃并保温1～3h，然后再加热至500～600℃并保温1～3h，冷却，得到高催化活性的改性石墨烯材料。根据本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，所述掺杂可包括非金属掺杂，其中，在掺杂过程中，浆糊状产物的标定量和掺杂剂质量的比值为1：0.1～1，即浆糊状产物和掺杂剂之间的质量比可根据所述浆糊状产物标定量与掺杂剂质量的比值来确定；浆糊状产物的标定量可为浆糊状产物在低温、低湿和真空条件下冷冻干燥后的质量，所述掺杂剂包括多酰肼类化合物。根据本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，所述多酰肼类化合物可包括苯甲酰肼、对苯二甲酰肼、氨三乙酰肼和草酸二甲酰肼中的至少一种。根据本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，所述掺杂可包括金属掺杂，其中，在掺杂过程中，浆糊状产物的标定量和掺杂剂质量的比值为1：0.5～1，即浆糊状产物和掺杂剂之间的质量比可根据所述浆糊状产物标定量与掺杂剂质量的比值来确定；浆糊状产物的标定量可为浆糊状产物在低温、低湿和真空条件下冷冻干燥后的质量，所述掺杂剂包括二茂铁类衍生物。根据本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，在所述掺杂为金属掺杂的情况下，所述掺杂的过程可包括：将掺杂剂溶于乙醇溶液并加入冰乙酸作为催化剂，得到二茂铁二甲酰肼溶液；将所述浆糊状产物与二茂铁二甲酰肼溶液混合，升温回流并进行搅拌，得到掺杂产物。根据本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，在掺杂过程中，可先测量浆糊状产物在冷冻干燥前后的质量比，然后结合浆糊状产物的标定量和掺杂剂的质量比来确定浆糊状产物和掺杂剂之间的质量比。本专利技术再一方面也提供了一种高催化活性的改性石墨烯材料，所述石墨烯材料可包括采用上述方法制备出的材料。所述改性石墨烯材料富含边缘、孔结构、五元环、七元环和杂原子中至少一种缺陷，BET比表面积为200～1100m2/g，孔体积为1.6～2.0cm3/g，孔径为3～30nm。所述石墨烯材料可为黑色絮状粉末或黑色粉末，其密度可为1～8g/L，层数可为5～7，粒度可为0.5～5μm。改性石墨烯材上的催化活性位点可包括结构缺陷和掺杂原子。结构缺陷可包括边缘、孔结构等缺陷。与现有技术相比，本专利技术的有益效果可包括：制备方法简便、成本低；石墨烯材料具有高催化活性，能够很好地应用于水处理领域，节能环保。附图说明通过下面结合附图进行的描述，本专利技术的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：图1示出了本专利技术一个示例性实施例中高催化活性改性石墨烯制备方法的一个流程示意图；图2示出了本专利技术一个示例性实施例中冷干产物的一个扫描电镜图；图3示出了本专利技术一个示例性实施例中制备出的高催化活性改性石墨烯的一个扫描电镜图；图4示出了本专利技术一个示例性实施例中制备出的高催化活性改性石墨烯的另一个扫描电镜图；图5示出了本专利技术一个示例性实施例中制备出的高催化活性改性石墨烯的一个透射电镜图；图6示出了本专利技术另一个示例性实施例中高催化活性改性石墨烯制备方法的一个流程示意图；图7示出了在非金属掺杂情况下制备得到的石墨烯材料的一个扫描电镜图；图8示出了在非金属掺杂情况下制备得到的石墨烯材料的另一个扫描电镜图；图9示出了在非金属掺杂情况下制备得到的石墨烯材料的再一个扫描电镜图；图10示出了在金属掺杂情况下制备得到的石墨烯材料的一个扫描电镜图；图11示出了在金属掺杂情况下制备得到的石墨烯材料的另一个扫描电镜图；图12示出了在金属掺杂情况下制备得到的石墨烯材料的再一个扫描电镜图；图13示出了在金属掺杂情况下制备得到的石墨烯材料的一个透射电镜图；图14示出了在金属掺杂情况下制备得到的石墨烯材料的又一个扫描电镜图；图15示出了本专利技术的高催化活性的改性石墨烯材料的一个扫描电镜图。图16示出了本专利技术的未经掺杂处理的改性石墨烯的一个能谱图；图17示出了本专利技术的经非金属掺杂处理的改性石墨烯的一个能谱图；图18示出了本专利技术的未经掺杂处理的改性石墨烯的一个等温线-线性图；图19示出了本专利技术的经非金属掺杂处理的改性石墨烯的一个等温线-线性图；图20示出了本专利技术的经金属掺杂处理的改性石墨烯的一个等温线-线性图。具体实施方式在下文中，将结合附图和示例性实施例详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高催化活性的改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将氧化石墨与水按照质量比1：30～50混合，搅拌，得到浆糊状产物；将浆糊状产物在低温、低湿和真空条件下进行冷冻干燥，得到冷干产物；将冷干产物进行退火处理，得到高催化活性的改性石墨烯材料。

【技术特征摘要】
1.一种高催化活性的改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将氧化石墨与水按照质量比1：30～50混合，搅拌，得到浆糊状产物；将浆糊状产物在低温、低湿和真空条件下进行冷冻干燥，得到冷干产物；将冷干产物进行退火处理，得到高催化活性的改性石墨烯材料。2.一种高催化活性的改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将氧化石墨与水按照质量比1：30～50混合，搅拌，得到浆糊状产物；将浆糊状产物进行掺杂，得到掺杂产物；将掺杂产物在低温、低湿和真空条件下进行冷冻干燥，得到冷干产物；将冷干产物进行退火处理，得到高催化活性的改性石墨烯材料。3.根据权利要求1或2所述的高催化活性的改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于，在所述将氧化石墨与水混合之前，所述制备方法还包括步骤：清洗氧化石墨以去除杂质。4.根据权利要求1或2所述的高催化活性的改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述进行冷冻干燥的低温条件包括-60～-45℃，低湿条件包括湿度小于0.5％，真空条件包括真空度为-0.95～-0.1MPa。5.根据权利要求1或2所述的高催化活性的改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述退火处理的步骤包括：在惰性气氛下，将所述冷干产物加热至300～400℃并保温1～3h，然后再加热至500～600℃并保温1～3h，冷却。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋虎南，胡键，李君，漆长席，
申请(专利权)人：大英聚能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51