CN103191698A - 一种石墨烯/四氧化三铁复合微米球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Graphene/Fe3O4复合微米球（石墨烯/四氧化三铁复合微米球）的制备方法。该制备方法温度低，过程简单，易于操作，可连续化生产；该方法制得的微米球具有球形形貌、优异的吸附能力和磁性能。所得Graphene/Fe3O4复合材料具有球形形貌和优异的吸附功能，并且可以磁性分离，在污水处理等领域有着广泛应用。

Description

一种石墨烯/四氧化三铁复合微米球的制备方法
技术领域
本发明涉及到吸附剂的无机合成领域，尤其是涉及一种具有球形形貌的石墨烯/四氧化三铁复合微米球的制备方法。
背景技术
石墨烯（Graphene）是一种具有二维片状结构的新型碳材料，具有良好的光电性能，已经在多个领域得到广泛的应用。能够作为一种增强相与其它物质进行复合，制备出性能更加优异的复合材料。由于其极高的比表面积，也具有优异的吸附性能，可以作为吸附剂处理污水中的有毒分子。四氧化三铁（Fe3O4）具有优异的磁性，在外磁场下能够定向在外磁场下能够定向在外磁场下能够定向，在外磁场下能够定向移动，在一定粒径范围之内具有超顺磁性，以及能在外加交变电磁场作用下产生热量等特性，其化学性质稳定，因而用途相当广泛。
如果将Graphene和Fe3O4复合，将得到具有优异吸附性能，又可磁性分离的复合材料，在污水处理、有机物富集等方面有着潜在的应用。目前，石墨烯/四氧化三铁（Graphene/Fe3O4）复合微米球的制备方法有：沉淀法、水热（溶剂热）法、微乳化法、溶胶-凝胶法等。由于操作过程较复杂，所需的时间较长、生产效率低等缺点。
发明内容
针对现有的技术问题，本发明提出一种新的方法，可以快速、简单地制备出具有球形形貌Graphene/Fe3O4复合微米球。该制备方法温度低，过程简单，易于操作，可连续化生产；该方法制得的微米球具有球形形貌、优异的吸附能力和磁性能。
本发明的技术方案是，一种球形石墨烯/四氧化三铁复合吸附剂的制备方法，步骤如下：（1）将硝酸铁和柠檬酸加入去离子水中，搅拌得到澄清溶液；（2）称取氧化石墨烯，加入至步骤（1）所得溶液中，超声至分散均匀；（3）将步骤（2）所得到的混合液加至雾化装置中，形成雾滴，用氮气或氩气带入管式炉中，经反应，收集得到球形石墨烯/四氧化三铁复合吸附剂。
前面所述的制备方法，优选的方案是，步骤（1）硝酸铁浓度为0.01-0.1 mol/L（优选的，硝酸铁浓度为0.03-0.08 mol/L）。
前面所述的制备方法，优选的方案是，步骤（1）柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的0.5-3倍。
前面所述的制备方法，优选的方案是，柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的0.5-1.5倍（优选的，柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的0.6-1.2倍）。
前面所述的制备方法，优选的方案是，柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的1.5-3倍（优选的，柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的1.6-2.6倍）。
前面所述的制备方法，优选的方案是，步骤（1）所用柠檬酸由尿素替代。
前面所述的制备方法，优选的方案是，步骤（2）氧化石墨烯的浓度为1-6 g/L（优选的，氧化石墨烯的浓度为2-4 g/L）。
前面所述的制备方法，优选的方案是，步骤（3）管式炉的炉温控制为600-900℃。
本发明涉及一种Graphene/Fe3O4复合微米球（石墨烯/四氧化三铁复合微米球）的制备方法，步骤如下：（1）将适量的硝酸铁和柠檬酸（或尿素）加入去离子水中，搅拌得到澄清溶液，其中硝酸铁浓度为0.01-0.1 mol/L，柠檬酸（或尿素）的物质的量为硝酸铁物质的量的0.5-1.5（或1.5-3）倍。（2）称取适量氧化石墨烯，加入至（1）中得到的溶液中，超声至分散均匀，其中氧化石墨烯的浓度为1-6 g/L。（3）将（2）中所得到的混合液加至雾化装置中，形成雾滴，用氮气或氩气带入炉温为600-900 ℃的管式炉中，经反应，收集得到黑色的Graphene/Fe3O4复合微米球。该制备方法温度低，过程简单，易于操作，可连续化生产；该方法制得的微米球具有球形形貌、优异的吸附能力和磁性能。本发明所得Graphene/Fe3O4复合材料具有球形形貌和优异的吸附功能，并且可以磁性分离，在污水处理等领域有着广泛应用。
本发明具有如下有益效果：
(1) 本发明制备方法温度低，过程简单，易于操作，可连续化生产； 
(2) 该方法制得的Graphene/Fe3O4复合材料具有球形形貌，具有高的比表面积，可以在污水处理、有机物富集等领域有着广泛应用前景。
附图说明
图1 是实例1制备的Graphene/Fe3O4复合微米球的X射线衍射图谱；
图2 是实例1制备的Graphene/Fe3O4复合微米球对罗丹明的吸附效果图；
图3 是实例1制备的Graphene/Fe3O4复合微米球的扫描电子显微镜照片；
具体实施方式
为了显示本发明的实质性特点和显著进步，用下列非限定性实施例进一步说明实施方式及效果。
实施例1
一种Graphene/Fe3O4复合微米球的制备方法，包括如下步骤：
（1）依次称取0.005 mol硝酸铁和0.005 mol柠檬酸后，加入至100 mL去离子水中，搅拌得到澄清溶液。
（2）称取0.3 g氧化石墨烯，加入至（1）中得到的溶液中，超声至分散均匀，溶液中氧化石墨烯的浓度为3 g/L。
（3）将（2）中所得到的混合液加至雾化装置中，形成雾滴，用氮气带入炉温为800 ℃的管式炉中，经反应，收集得到黑色的Graphene/Fe3O4复合微米球。
图1中，所得样品的X射线衍射图谱与Fe3O4的标准PDF卡片上的峰位一致。说明得到的是Graphene/Fe3O4复合微米球。由图2可以看到，Graphene/Fe3O4复合微米球对罗丹明的吸附率在99%以上，说明Graphene/Fe3O4复合微米球具有优异的吸附能力。图3为所制备的Graphene/Fe3O4复合微米球的扫描电子显微镜照片，从中可以明显看到为球状形貌。
实施例2
一种Graphene/Fe3O4复合微米球的制备方法，包括如下步骤：
（1）依次称取0.002 mol硝酸铁和0.003 mol柠檬酸后，加入至200 mL去离子水中，搅拌得到澄清溶液。
（2）量取0.2 g氧化石墨烯，加入至（1）中得到的溶液中，超声至分散均匀，溶液中氧化石墨烯的浓度为1 g/L。
（3）将（2）中所得到的混合液加至雾化装置中，形成雾滴，用氩气带入炉温为600 ℃的管式炉中，经反应，收集得到黑色的Graphene/Fe3O4复合微米球。
实施例3
一种Graphene/Fe3O4复合微米球的制备方法，包括如下步骤：
（1）依次称取0.01 mol硝酸铁和0.03 mol尿素后，加入至100 mL去离子水中，搅拌得到澄清溶液。
（2）量取0.6 g氧化石墨烯，加入至（1）中得到的溶液中，超声至分散均匀，溶液中氧化石墨烯的浓度为6 g/L。
（3）将（2）中所得到的混合液加至雾化装置中，形成雾滴，用氩气带入炉温为900 ℃的管式炉中，经反应，收集得到黑色的Graphene/Fe3O4复合微米球。
实施例4
一种Graphene/Fe3O4复合微米球的制备方法，包括如下步骤：
（1）依次称取0.001 mol硝酸铁和0.0015 mol尿素后，加入至100 mL去离子水中，搅拌得到澄清溶液。
（2）量取0.6 g氧化石墨烯，加入至（1）中得到的溶液中，超声至分散均匀，溶液中氧化石墨烯的浓度为6 g/L。
（3）将（2）中所得到的混合液加至雾化装置中，形成雾滴，用氮气带入炉温为900 ℃的管式炉中，经反应，收集得到黑色的Graphene/Fe3O4复合微米球。
当然，本发明的上述实施例仅为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述举例的基础上还可以做其他不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以详细举例。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
该专利的研发受到国家自然科学基金项目（51002069）资助。

Claims (8)

1.一种球形石墨烯/四氧化三铁复合吸附剂的制备方法，其特征是，步骤如下：（1）将硝酸铁和柠檬酸加入去离子水中，搅拌得到澄清溶液；（2）称取氧化石墨烯，加入至步骤（1）所得溶液中，超声至分散均匀；（3）将步骤（2）所得到的混合液加至雾化装置中，形成雾滴，用氮气或氩气带入管式炉中，经反应，收集得到球形石墨烯/四氧化三铁复合吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（1）硝酸铁浓度为0.01-0.1 mol/L（优选的，硝酸铁浓度为0.03-0.08 mol/L）。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（1）柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的0.5-3倍。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是，柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的0.5-1.5倍（优选的，柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的0.6-1.2倍）。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是，柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的1.5-3倍（优选的，柠檬酸的物质的量为硝酸铁物质的量的1.6-2.6倍）。
6.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征是，步骤（1）所用柠檬酸由尿素替代。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（2）氧化石墨烯的浓度为1-6 g/L（优选的，氧化石墨烯的浓度为2-4 g/L）。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（3）管式炉的炉温控制为600-900℃。
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