一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将废弃烟蒂洗净后加入到稀硫酸中搅拌1

【技术实现步骤摘要】
一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及环境保护
，具体涉及一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]五氟磺草胺(penoxsulam)是由美国陶农科公司(Dow AgroSciences)所开发的苗后用除草剂，它是三唑并嘧啶磺酰胺除草剂，通过抑制乙酰乳酸合成酶(ALS)而起作用。五氟磺草胺为稻田用广谱除草剂，可有效防除稗草(包括对敌稗、二氯喹啉酸及抗乙酰辅酶A羧化酶具抗性的稗草)、一年生莎草科杂草，并对众多阔叶杂草有效，如沼生异蕊花(Heteranthera limosa)、鲤肠(Eclipta prostrata)、田菁(Sesbania exaltata)、竹节花(Commelina diffusa)、鸭舌草(Monochoria vaginalis)等。持效期长达30～60天，一次用药能基本控制全季杂草危害。
[0003]但是五氟磺草胺能被土壤迅速吸附。在大多数稻田的土壤中淋溶性较弱。其在粘质土及含高有机质的土壤中的吸附量高于轻质土及低有机质含量的土壤。在pH>8.0的土壤中其具有加重药害的危险性。该药剂在土壤中易移行，且非长期滞留。由于该药剂的饱和蒸气压较低，故不易从水中蒸散；在灌水的稻田中，药剂的半衰期为2~13d；光解与微生物降解为五氟磺草胺的主要消失途径。由于光解与微生物降解的速度十分缓慢，为了提高稻田的产量和效率，快速去除土壤中的五氟磺草胺具有重要意义。
[0004]过二硫酸盐是高级氧化中常见的氧化剂，具有化学性能稳定、易溶于水等优点，可以用于降解环境中难降解的有机污染物。但由于PDS具有较高的键能，致使其表现出一个相对较低的氧化电位，因而PDS需要活化才能产生自由基，活化后产生的硫酸根自由基能降解多种有机污染物，使其断裂或者矿化，生成CO2和H2O。例如过二硫酸盐如Na2S2O8(PDS),可被活化分解产生具有强氧化性的SO
4-·
。PDS的激活方式有紫外线活化和热活化；Co
2+
等金属离子活化；MnO2和Co3O4等金属氧化物激活，这些方法都需要能量投入、化学品的投放，或产生金属离子浸出等二次污染问题。而通过加热过硫酸盐产生SO
4-·
的方法成本较高，光活化法难用于地下水中有机污染物的处理，因此，需要一种无环境负担的催化材料来催化过二硫酸盐（PDS）降解土壤中的五氟磺草胺。
[0005]碳元素作为环境中人类最早利用的元素之一，广泛存在于自然界中，其环境流失不会造成新的环境负担，因而是最具应用潜力的催化材料之一。而石墨烯具有诸多优异的性能，如导电导热性好、韧性好、比表面积大等等，这些性能使得石墨烯基复合材料呈现出许多优异的特性。如以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子的催化性能、传导性能；利用石墨烯较好的韧性，将其添加到高分子中，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能。石墨烯跟一般的木炭一样，其主要的成分是碳分子。很多其他材料也可以制造石墨烯，诸如废弃的烟蒂。因此可以利用石墨烯复合材料来催化过二硫酸盐（PDS）降解土壤中的五氟磺草胺。
[0006]现在人们抽烟所剩下的烟蒂产量非常大，需要大量回收处理，有些地方甚至直接
填埋，不仅污染环境，处理起来也十分困难，耗费大量的财力物力，如果将这些废弃的烟蒂用来制作石墨烯复合材料，不仅可以回收处理这些废料，具有极高的经济效益，还可以保护环境，具有可持续发展性。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法及应用，该方法制备的石墨烯复合材料为磁性三维结构，可以用于催化过二硫酸盐（PDS）降解土壤中的五氟磺草胺。而且这种石墨烯复合材料的稳定性非常好，重复使用五次后依然有很好的催化效果。
[0008]本专利技术的技术方案如下：一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将废弃烟蒂洗净后加入到稀硫酸中搅拌1-1.5小时，用超纯水清洗数次后放入烘箱中干燥，得到初步净化的固体样品；S2、将所述固体样品置于泡沫镍上，在惰性气体的保护下煅烧，煅烧完成后自然冷却，然后用硫酸和超纯水先后洗涤数次，干燥得初始碳材料；S3、称取一定量所述初始碳材料置于乙醇溶液中，超声振荡1-1.5h，随后加入一定量甲基丙烯酸、MnCl2•
H2O和Fe(NO3)3•
9H2O，搅拌均匀得混合溶液；S4、将所述混合溶液转移至马弗炉中煅烧，自然冷却后用超纯水和乙醇先后洗涤数次，干燥得到石墨烯复合材料。
[0009]进一步的，所述步骤S1中烘箱的干燥温度为100-110℃，干燥时间为4-4.5h。
[0010]进一步的，所述步骤S2中惰性气体包括氮气、氦气、氩气中的一种或几种。
[0011]进一步的，所述步骤S2中泡沫镍上的煅烧温度为500-1100℃，煅烧时间为2-6h。
[0012]进一步的，所述步骤S2中干燥温度为80-85℃，干燥时间为8-8.5h。
[0013]进一步的，所述步骤S3中初始碳材料、甲基丙烯酸、MnCl2
•
H2O和Fe(NO3)3
•
9H2O的质量比为2：0.5：0.144：0.808。
[0014]进一步的，所述步骤S3中搅拌温度为80-82℃，搅拌时间为2-2.5h。
[0015]进一步的，所述步骤S4中马弗炉的煅烧温度为200-600℃，煅烧时间为2-4h。
[0016]进一步的，所述步骤S4中干燥的温度为70-72℃，干燥时间为12-12.5h。
[0017]如上述制备方法制备的石墨烯复合材料的应用如下，将所述基于烟蒂的石墨烯复合材料用于催化过二硫酸盐降解除草剂五氟磺草胺。
[0018]一方面，本专利技术方法制备的石墨烯复合材料为磁性三维结构，三维结构的石墨烯材料具有规则排列的层状结构，含有多孔，因此具有较大的比表面积。比表面积是多孔类材料最重要的性能指标之一，它直接决定了单位质量多孔材料的内在总面积，从而决定了目标成分与材料孔表面发生作用的几率。比表面积的增大，能在一定程度上提升物理吸附效果。
[0019]而交联剂的作用就是在线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起，形成网状结构，本专利技术方法中，甲基丙烯酸的加入可以增加分子结构中C-O-C的电子迁移密度，从而加强材料的催化性能。
[0020]MnCl2•
H2O和Fe(NO3)3•
9H2O的加入主要是给体系引入锰和铁两种金属，配合交联剂
的使用，使得负载了锰铁双金属的纳米颗粒不易团聚，容易和过二硫酸盐分子接触，进而产生具有强氧化能力的硫酸根自由基。而且金属氧化物在反应过程中较为稳定，金属不易析出，对环境的危害性显著降低。石墨烯复合材料作为一种新型基底，使得负载了锰铁双金属的纳米颗粒不易团聚，显著增加了其表面的活性位点，同时材料的稳定性显著提高，重复五次使用后依然有很好的催化效果。而且复合材料具有磁性，易于回收。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将废弃烟蒂洗净后加入到稀硫酸中搅拌1-1.5小时，用超纯水清洗数次后放入烘箱中干燥，得到初步净化的固体样品；S2、将所述固体样品置于泡沫镍上，在惰性气体的保护下煅烧，煅烧完成后自然冷却，然后用硫酸和超纯水先后洗涤数次，干燥得初始碳材料；S3、称取一定量所述初始碳材料置于乙醇溶液中，超声振荡1-1.5h，随后加入一定量甲基丙烯酸、MnCl2•
H2O和Fe(NO3)3•
9H2O，搅拌均匀得混合溶液；S4、将所述混合溶液转移至马弗炉中煅烧，自然冷却后用超纯水和乙醇先后洗涤数次，干燥得到石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中烘箱的干燥温度为100-110℃，干燥时间为4-4.5h。3.根据权利要求1所述的一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中惰性气体包括氮气、氦气、氩气中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种基于烟蒂的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中泡沫镍上的煅烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炜，吴洋，张继光，赵道远，
申请(专利权)人：江苏中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：