[發明專利]石墨烯-聚丙烯腈基納米復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010251110.0
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111411412B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 張海龍;權玲;劉煥強;仝玉萍;程齡賀;楊中正
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: D01F6/54
• 分類號: D01F6/54;D01F1/10;D01D5/00;C08F120/44;B01J35/06;B01J35/00;B01J31/38;B01J31/28;B01J31/26;B01J31/06;C02F1/30;C02F1/72
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 吳林

本發明涉及復合材料技術領域，具體來說是石墨烯?聚丙烯腈基納米復合材料及其制備方法和應用，石墨烯?聚丙烯腈基納米復合材料按照以下方法制成：將石墨烯和丙烯腈單體在引發劑的作用下制備得到了石墨烯?聚丙烯腈納米復合材料，然后采用偶聯法在石墨烯?聚丙烯腈納米復合材料上通過交聯劑負載了光催化納米粒子，再經過靜電紡絲法紡絲后，制備得到了石墨烯?聚丙烯腈基納米復合材料。本發明不僅制備得到了具有光催化性能的石墨烯?聚丙烯腈基納米復合材料，而且能夠通過石墨烯和光催化劑的協同效應來分解水體中的有毒有機物，增加水體溶解氧含量，從而實現了污水的凈化及處理。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，具體來說是石墨烯-聚丙烯腈基納米復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

20世紀以來，人們在享受迅速發展的科技所帶來的舒適和方便的同時，也品嘗著盲目和短視造成的生存環境不斷惡化的苦果，環境污染日趨嚴重。為了適應可持續發展的需要，污染的控制和治理已成為一個亟待解決的問題；在各種環境污染中，最普遍、最重要和影響最大的是水體污染，因而有效的控制和治理污水是環境綜合治理的重點，目前污水使用的具有代表性的處理方法主要有：物理法、化學法和微生物處理法，這些方法對污水的治理起重大作用，但是這些技術大部分情況下需通過處理池將污水進行集中化處理，這就需要先將污水引入至處理池內再進行集中處理，而現有技術中并非所有的污水均能夠被引入至處理池內，例如湖泊中的污水，因此需要一種便于對無法集種處理的污水進行治理的方法；光催化氧化技術是一門新興的有廣闊應用前景的技術，特別適用無法通過處理池進行集中化處理的污水治理。

目前，石墨烯光催化技術用于污水治理是研究的熱點，其治污原理是利用可見光恢復水體自凈化，自然光為唯一光源，無需動力裝置，無需投加化學試劑或生物菌種。石墨烯(Graphene)是一種新型無機材料，由廉價的石墨制成，其極限模量為1.01TPa，極限強度為116GPa，石墨烯質量輕、比表面積大且具有極好的電子傳輸性質。

現有技術中還尚未有將石墨烯與光催化材料進行復合形成復合材料，并用于對污水中的化學污染物進行控制和治理。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明的目的是提供石墨烯-聚丙烯腈基納米復合材料及其制備方法和應用，本發明不僅制備得到了具有光催化性能的石墨烯-聚丙烯腈基納米復合材料，而且能夠通過光催化劑和石墨烯來分解水體中的有毒有機物，增加水體溶解氧含量，從而實現了污水的凈化及處理。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

石墨烯-聚丙烯腈基納米復合材料，所述石墨烯-聚丙烯腈基納米復合材料按照以下方法制成：將石墨烯和丙烯腈單體在引發劑的作用下制備得到了石墨烯-聚丙烯腈納米復合材料，然后采用偶聯法在石墨烯-聚丙烯腈納米復合材料上通過交聯劑負載了光催化納米粒子，再經過靜電紡絲法紡絲后，制備得到了具有光催化性能的石墨烯-聚丙烯腈基納米復合材料。

優選的，所述引發劑為水溶型引發劑或溶劑型引發劑，水溶型引發劑為過硫酸銨或抗壞血酸，溶劑型引發劑為偶氮二異丁腈。

優選的，所述交聯劑為甲基三甲氧基硅烷的水溶液或硅溶膠，若交聯劑為甲基三甲氧基硅烷的水溶液，則甲基三甲氧基硅烷與水的質量之比為1-2：5。

優選的，所述光催化納米粒子為TiO₂、SnO₂、ZrO₂、CrSe、WO₃、Fe₂O₃中的一種。

本發明還保護了石墨烯-聚丙烯腈基納米復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)石墨烯-聚丙烯腈納米復合材料的制備：將石墨烯和丙烯腈單體共同加入至溶劑中，再加入引發劑，并在氮氣氣氛中，于在50-70℃下進行反應，然后冷卻至室溫，經過濾、洗滌及干燥，得到石墨烯-聚丙烯腈納米復合材料；