CN103316635A - 石墨烯/双金属氧化物复合材料、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯/双金属氧化物复合材料及其对重金属离子的吸附、其制备方法，所述的复合材料合成原材料为：二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物，碱性化合物和氧化石墨烯。本发明的复合材料主要原料的价格低廉，制备工艺较简单，较易控制。该复合材料的吸附Cr(VI)功能强，还可以重复使用，故性价比高。
Description
技术领域
本发明属于化工、新材料和环境保护领域，具体而言，涉及一种石墨烯/双金属氧化物复合材料、其制备方法及其在水体净化中的应用。
背景技术
由于对工业废水的随意处理，重金属污染已经成为一个全球性的环境问题，对环境和人类健康有不利的影响。这些重金属之间，六价铬Cr(VI)是一种常见的有害污染物，因为它具有高流动性和致癌性。为了满足排放水平，许多对含Cr(VI)废水处理技术已被开发，包括膜过滤、沉淀、离子交换和吸附等。在这些方法中，吸附技术应用广泛，因为它简单、经济、效率高。
层状双金属氢氧化物(LDH)是一类二维纳米结构的阴离子粘土，其结构通式为：[M1-x 2+Mx 3+(OH)2]X+An- x/n·YH2O，M2+和M3+分别代表二价(如Mg2+、Ca2+、Cu2+、Co2+等)和三价阳离子(Al3+、Fe3+、Cr3+等)，An-代表n价阴离子，位于主体层板上的八面体间隙中。LDH其中一个特性是煅烧LDH产生双金属氧化物，双金属氧化物在溶液中吸附阴离子会恢复LDH结构。
石墨烯是SP2杂化单层排列的二维平面结构，具有较大的理论比表面积和较低的生产成本。因此，在最近几年，石墨烯对水污染物的吸附行为已被广泛研究。但是，石墨烯是疏水的，通常遭受由于相邻片之间的强相互作用的不可逆的集聚，大大降低了表面积，因此不利于污染物的吸附。为了防止石墨烯集聚，最近许多研究集中在将无机纳米颗粒(ZnO，Fe3O4，CoFe2O4，MnO2，SiO2，Cu2O)引入石墨烯片层之间。它不仅能防止石墨烯片的团聚，也使各组分间对石墨烯复合材料的吸附行为的产生协同贡献。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种石墨烯/双金属氧化物复合材料、制备方法及及其在水体净化中的应用，该复合材料既具有较强吸附Cr(VI)功能，又具有价廉，便于制备的优点。
本发明一方面涉及一种石墨烯/双金属氧化物复合材料，所述复合材料的制备原料为二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物，碱性化合物，氧化石墨烯。
在本发明的一个优选实施方式中，所述的二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物分别为：Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O。
在本发明的一个优选实施方式中，所述碱性化合物为尿素。
本发明另一方面还涉及上述石墨烯/层状双金属氢氧化物复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：用二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物和碱性化合物混合液与氧化石墨烯悬浊液混合，采用水热法制备石墨烯/层状双金属氢氧化物，然后煅烧后制成复合材料。
在本发明的一个优选实施方式中，所述煅烧温度为480-520℃，煅烧时间为4-6h。
本发明另一方面还涉及上述复合材料的应用，所述的复合材料用于吸附水溶液中的Cr(VI)，优选的，所述的吸附量为170mg Cr(VI)/g复合材料以上。
本发明所制备的复合材料具有如下特点：
1.该复合材料主要原料的价格低廉。
2.该复合材料制备工艺较简单，较易控制。
3.该复合材料的Cr(VI)吸附功能强，可以重复利用，故性价比高。
附图说明
图1：氧化石墨烯(a)、石墨烯/层状双金属氢氧化物复合材料(b)和石墨烯/双金属氧化物复合材料(c)的X射线光电子能谱；
图2：石墨烯/层状双金属氢氧化物复合材料的透射电镜照片；
图3：石墨烯/双金属氧化物复合材料的透射电镜照片。
实施例
用Al(NO3)3·9H2O，Mg(NO3)·26H2O和尿素混合液与氧化石墨烯超声得到的悬浊液混合，将混合液加到100mL聚四氟乙烯反应釜中，采用水热法在120℃下反应24h，制备出石墨烯/层状双金属氢氧化物(此材料的透射电镜照片如图2所示)，然后在500℃煅烧5h后制成石墨烯/层状双金属氢氧化物复合材料(复合材料的透射电镜照片如图3所示)。如图1所示：与氧化石墨烯(a)的X射线光电子能谱相比，石墨烯/层状双金属氢氧化物复合材料(b)和石墨烯/双金属氧化物复合材料(c)的X射线光电子能谱，不仅表现出O1S峰(532.5eV)和C1S峰(284.8eV)，而且表现出Al2p峰(75eV)和Mg1S峰(1304eV)，这表明石墨烯/层状双金属氢氧化物和石墨烯/双金属氧化物均为含这些元素的复合材料；如图2所示：煅烧前的石墨烯/层状双金属氢氧化物中镁铝层状双金属氢氧化物已成功附着在石墨烯片表面并且褶皱的石墨烯片也牢固的附着在层状双金属氢氧化物表面；如图3所示：煅烧后的石墨烯/双金属氧化物有明显的塌陷六边形，结合图2可以判断是镁铝氧化物，并且可以清晰地看出镁铝氧化物与石墨烯牢固相互地附着。在最佳pH下，用0.05g石墨烯/双金属氧化物复合材料，加到一定量的含Cr(VI)水溶液中进行吸附，用国标GB7467-1987所述方法测定上层清液Cr(VI)浓度，从而可得其最大吸附量可达172.55mg/g。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，该复合材料同样可用于其他水体重金属离子的吸附，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种石墨烯/双金属氧化物复合材料，所述复合材料的制备原料为二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物，碱性化合物，氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物分别为：Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，所述碱性化合物为尿素。
4.权利要求1-3任意一项所述的石墨烯/双金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：用二价硝酸盐水合物和三价硝酸盐水合物和碱性化合物混合液与氧化石墨烯悬浊液混合，采用水热法制备石墨烯/层状双金属氢氧化物，然后煅烧后制成复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述煅烧温度为480-520℃，煅烧时间为4-6h。
6.权利要求1-3任意一项所述的石墨烯/双金属氧化物复合材料的应用，所述的复合材料用于吸收水体中的重金属离子；优选的，用于吸附水溶液中的Cr(VI)，进一步优选的，所述的吸附量为170mg Cr(VI)/g复合材料以上。
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