一种中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种中空氧化石墨烯/硅酸镁复合微球及其应用，属于无机吸附材料技术领域。其是先制备聚苯乙烯微球，而后在聚苯乙烯微球上包裹一层氧化石墨烯，接着在GO表面原位生长一层硅酸镁，并使GO在硅酸镁生长过程中被还原为RGO，而得到PS@RGO@MS，最后用甲苯去除聚苯乙烯微球，得到所述中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球。所得复合微球中由于RGO和硅酸镁表面均能对亚甲蓝起到吸附作用，故二者协同作用能进一步提升吸附能力，同时其中空结构不仅呈现大比表面，且降低了微球整体的质量和密度，进而提升了吸附效果。本发明专利技术可为今后开发新型吸附剂提供新的思路与探索，并在实际应用中具有巨大的社会经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球及应用
本专利技术属于无机吸附材料制备
，具体涉及一种中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球及其在吸附有机染料亚甲蓝中的应用。
技术介绍
聚苯乙烯微球（PS）)尺寸及形态等理化性质都均一的单分散聚合物微球，作为一种新型高分子材料，PS具有比表面积大、粒径可控、易功能化、结构稳定和吸附性能强等特点，在吸附领域有巨大潜力。还原氧化石墨烯（RGO）可以用作软缓冲剂，以稳定无机结构，并可以用作隔离剂，以防止无机纳米材料聚集，从而减少BET表面积并降低吸附能力。RGO还可以通过静电吸引或共轭作用增强离子和分子的吸附。硅酸镁在结构方面具有硅酸盐独特的层状结构，其结晶结构是由金属氧化物及氢氧化物组成的层状结构与硅氧四面体的层状结构交替组合排列，而其金属离子和硅氧四面体的氧之间的键合力较弱使其可在层间自由移动。在性能方面，硅酸镁由于具有热稳定性好、高比表面积、高耐磨性、环境友好等优点受到吸附领域广泛的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球及其应用。本专利技术科学合理，工艺流程简单实用，并且针对传统吸附剂存在吸附能力差、材料与水分散性较差、环境耐候性差等问题，通过形成中空结构，结合还原氧化石墨烯的大比表面积、硅酸镁表面的羟基，使所得复合微球具有优异的吸附性能及良好的生物相容性，其具有很大的应用前景和巨大的社会经济效益。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球，其是先制备聚苯乙烯微球，而后用其负载氧化石墨烯，再将二氧化硅接枝于负载有氧化石墨烯的微球表面，得到PS@GO@SiO2，随后将产物转移至聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，通过水热反应使二氧化硅转化为硅酸镁，并使氧化石墨烯被还原，得到PS@RGO@MS，最后用甲苯去除聚苯乙烯微球，得到所述中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球HG@MS。其具体制备步骤如下：步骤1：将50ml苯乙烯加入50ml无水乙醇中，在高速磁力搅拌条件下室温搅拌0.5h，随后转移至三口烧瓶中，通入氮气保护，并逐滴加入0.7g过氧化苯甲酰（BPO）和30ml含5g聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液，然后在80℃恒温电加热套中聚合反应8h，得到含聚苯乙烯微球的乳液，静置24h后备用；所得聚苯乙烯微球单分散且尺寸为1微米；步骤2：取0.6g步骤1制备的含聚苯乙烯微球的乳液，加入装有50ml去离子水的烧杯中，随后加入0.3g氧化石墨烯，超声反应1h并在室温下搅拌2h，随后将产物离心、冻干，研钵研磨，得到负载有氧化石墨烯的微球；步骤3：将50mg负载有氧化石墨烯的微球加入到装有50ml去离子水的烧杯中，用氨水调节pH=9后逐滴加入1.5~12ml正硅酸乙酯（TEOS），室温下反应48h后抽滤、洗涤、冻干，得到PS@GO@SiO2；将所得PS@GO@SiO2加入聚四氟乙烯水热反应釜中，超声分散并加入50~400mg六水合氯化镁和500~4000mg氯化铵，并用氨水调节pH=10后放入烘箱中于140℃下反应24h，得到PS@RGO@MS；将所得PS@RGO@MS加入到50ml甲苯中，室温下反应24h后过滤，冻干，得到中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球HG@MS。上述所得中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球可用于有机染料亚甲蓝的吸附。本专利技术采用聚苯乙烯微球作为前驱体，其为单分散结构，尺寸在1微米左右，具有良好的分散性。然后采用hummers法制备氧化石墨烯，并使其包裹在聚苯乙烯微球表面，这不仅为后续二氧化硅接枝和硅酸镁改性提供位点，同时也提高了对亚甲蓝的吸附性。硅酸镁表面具有大量片层状结构，为其提供了大的比表面积，同时可为亚甲蓝的吸附提供活性位点，并且硅酸镁表面的羟基具有生物相容性。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术以聚苯乙烯为硬模板，获得在还原氧化石墨烯表面原位生长硅酸镁的复合材料，最后通过甲苯去除模板得到了中空结构还原氧化石墨烯硅酸镁复合材料。该方法绿色环保且科学合理，工艺流程简单且具有实际生产可能性。2.本专利技术利用氧化石墨烯上的反应位点，在氧化石墨烯上生长硅酸镁，从而形成一个整体，进而将二者吸附能力相结合。3.本专利技术所得中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球具有比表面积大、质量轻、密度小、吸附效果好等优点。4.与传统吸附剂相比，本专利技术中空还原氧化石墨烯硅酸镁复合微球作为吸附剂，具有比表面积大、用量小、环境友好、生物相容性好、吸附效果明显等优势。5.该吸附材料也为今后为开发新型吸附剂提供了新的思路与探索，并在实际应用中具有巨大的社会经济效益。附图说明图1为实施例4所制备中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球的XRD图。图2为实施例4所制备聚苯乙烯/氧化石墨烯微球的SEM图。图3为实施例4所制备中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球的SEM图。图4为实施例4所制备中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球的TEM图。图5为实施例4所制备中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球的BET图。图6为实施例4所制备中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球吸附亚甲蓝不同时间（从左至右的吸附时间为0min、10min、20min、40min、60min）的情况图。图7为实施例4所制备中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球的循环吸附测试图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例11、中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球的制备1）聚苯乙烯微球PS的制备：将50ml苯乙烯加入50ml无水乙醇中，在高速磁力搅拌条件下室温搅拌0.5h，随后转移至三口烧瓶中，通入氮气保护，并逐滴加入0.7gBPO和30ml含5g聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液，然后在80℃恒温电加热套中聚合反应8h，将反应后得到的含聚苯乙烯微球的乳液静置24h备用；2）聚苯乙烯/氧化石墨烯PS@GO的制备：将步骤1制备的含聚苯乙烯微球的乳液取0.6g加入装有50ml去离子水的烧杯中，随后加入0.3g氧化石墨烯，超声反应1h并在室温下搅拌2h，随后将产物离心、冻干，研钵研磨，得到负载有氧化石墨烯的微球；3）中空还原氧化石墨烯/硅酸镁微球HG@MS的制备：将50mg氧化石墨烯微球加入装有50ml去离子水烧杯中，用氨水调节pH=9后逐滴加入1.5mlTEOS，室温下反应48h后抽滤、洗涤、冻干，将冻干后的产物加入聚四氟乙烯水热反应釜中超声分散并加入50mg六水合氯化镁和500mg氯化铵，并用氨水调节pH=10后放入烘箱中，于140℃下反应24h，得到PS@RGO@MS；将所得PS@RGO@MS加入50ml甲苯中，室温下反应24h后过滤，冻干，得到HG@MS。2、吸附性能的测定(对含亚甲基蓝模拟废水的吸附试验)取含亚甲基蓝浓度为100mg/L的模拟废水120ml（pH＝7）。在模拟废水中加入本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球，其特征在于：先制备聚苯乙烯微球，而后用其负载氧化石墨烯，再将二氧化硅接枝于负载有氧化石墨烯的微球表面，得到PS@GO@SiO

【技术特征摘要】
1.一种中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球，其特征在于：先制备聚苯乙烯微球，而后用其负载氧化石墨烯，再将二氧化硅接枝于负载有氧化石墨烯的微球表面，得到PS@GO@SiO2，随后将产物转移至聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，通过水热反应使二氧化硅转化为硅酸镁，并使氧化石墨烯被还原，得到PS@RGO@MS，最后用甲苯去除聚苯乙烯微球，得到所述中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球。


2.根据权利要求1所述的中空还原氧化石墨烯/硅酸镁复合微球，其特征在于：具体制备步骤如下：
步骤1：将50ml苯乙烯加入50ml无水乙醇中，室温下磁力搅拌0.5h，随后通入氮气保护，并逐滴加入0.7g过氧化苯甲酰和30ml含5g聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液，然后于80℃恒温聚合反应8h，得到含聚苯乙烯微球的乳液，静置24h后备用；
步骤2：取0.6g步骤1制备的含聚苯乙烯微球的乳液，加入50ml去离子水及0.3g氧化石墨烯，超声反应1h并在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉婴，阙爱珍，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35