[發明專利]一種氧化石墨烯修飾的納米零價鐵復合材料及其超重力制備方法

在審

• 申請號: 201910327271.0
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110330068A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 祁貴生;劉有智;范紅蕾;焦緯洲;任慧云
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B82Y30/00;C02F101/20
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種氧化石墨烯修飾的納米零價鐵復合材料及其超重力制備方法。將氧化石墨烯與金屬鹽配制成混合溶液，然后與還原劑同時送入超重力反應器中反應，反應結束后磁分離反應產物，用去離子水或無水乙醇反復清洗至中性，冷凍干燥得到氧化石墨烯修飾納米零價鐵復合粒子。本發明一步制備氧化石墨烯修飾納米零價鐵復合材料，具有工藝簡單、反應時間短、成本低、可規模化生產的特點，同時制備的氧化石墨烯修飾納米零價鐵復合材料分散性好、穩定性好、反應活性高、粒徑小，具有工業化應用前景。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種氧化石墨烯修飾的納米零價鐵復合材料及其超重力制備方法。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，水中重金屬離子污染越來越嚴重，由于重金屬不能生物降解，且經過長期的生態積累會對人體產生嚴重的危害，重金屬污染已經成為全球廣泛關注的環境污染問題。因此開發廉價高效的方法去除水中的重金屬離子，對人類的健康安全和生態環境極其重要，是未來一段時間急需解決的重要課題。納米零價鐵(NZVI)因其具有比表面積大、反應活性高、還原性強等特點，可以促進污染物的吸附還原，已成為一個備受關注的研究領域。雖然將NZVI直接用于環境中對重金屬污染的修復具有顯著的優勢，但是由于其粒徑小、活性高，在實際應用中極易發生團聚或被氧化失活，從而降低了NZVI對重金屬的去除效率，這些使NZVI在實際重金屬污染修復應用中受到限制。研究發現，通過在納米零價鐵體系中加入氧化石墨烯后能促進零價鐵表面電子轉移，加快反應速率，進一步提高納米零價鐵的反應活性；另一方面，氧化石墨烯的片層結構為納米零價鐵提供了優良的負載基底，提高了分散性。Ren等[Journal of Environmental Sciences，2018，73(11)：96-106]將氧化石墨烯加入到納米零價鐵中，研究發現加入氧化石墨烯后，其與NZVI之間的電位差，可以有效促進電子從內部轉移到氧化石墨烯表面，從而提高復合材料對Cr(VI)的去除效率。

雖然NZVI在重金屬污染物修復中展現了巨大的優勢，但是在實際應用過程中，納米零價鐵由于納米粒子的表面效應以及磁偶極相互作用，使得納米顆粒易發生團聚和鈍化，影響納米零價鐵復合材料在應用過程中的穩定性和活性。研究發現，通過引入特定的載體材料作為穩定劑能夠顯著提高納米零價鐵的活性。已有研究報道，膨潤土、羧甲基纖維素鈉、活性炭、多壁碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯等材料負載納米零價鐵能有效提高零價鐵的反應活性。石墨烯是一種具有蜂窩狀結構的二維碳材料，由于其大的比表面積以及顯著的機械、電學和熱性能，在材料領域成為一顆耀眼的新星。氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）作為石墨烯的一種衍生物，表面有大量的含氧官能團，包括羥基、羧基、環氧基和羰基，其中位于GO片層的上、下表面的基團主要有羥基、環氧基和羰基，位于片層邊緣的基團通常是羧基。GO表面的這些含氧官能團，使其具有親水性，加上羧基和羥基自身的電離使其表面呈現負電性質，由于帶負電的GO之間的靜電排斥而使GO在水溶液中分散均勻，并賦予GO可以作為良好吸附劑的特點，應用于金屬、生物分子、熒光分子、藥物和無機納米顆粒的吸附去除以及載體領域，進而提高了吸附效果。