[發明專利]鐵酸鉍負載石墨烯復合材料的制備及應用

有效

• 申請號: 202011305437.8
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112371171B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 戰瑞瑞;劉暢;姜松
• 申請（專利權）人: 北華大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;C02F1/30;C02F1/50;B01D53/86;C02F103/34
• 代理公司: 北京國翰知識產權代理事務所(普通合伙) 11696
• 代理人: 葉帥東

本發明公開了鐵酸鉍負載石墨烯復合材料的制備及應用；其制備方法的具體包括以下步驟：將鐵酸鉍加入至改性石墨烯溶液中超聲處理，得到懸濁液；在上述懸濁液中加入堿液，并不斷攪拌，加熱過程中溫度低于37℃；其中改性石墨烯由松蘿酸對氧化石墨烯改性制備得到。制備得到的鐵酸鉍負載石墨烯復合材料具有優良的光催化降解性能，同時降解穩定性高且具有一定的抑菌性，也能促使廢水中的pH、COD值以及色度明顯降低，其在工業廢水與廢氣中具有較好的應用。

技術領域

本發明屬于可見光催化領域，具體涉及一種鐵酸鉍負載石墨烯復合材料的制備及應用。

背景技術

中國的經濟發展一直保持著強勁的勢頭，煤炭、火力發電、冶金、有色金屬、水泥、建材、造紙、石化、化工等高耗能、高污染行業是支持中國經濟高速度增長的主要動力。然而，這種以犧牲資源和環境為代價的粗放型經濟發展模式，造成了當今社會巨大的環境和資源問題。中國經濟若想保持長期穩定的發展，必須要建立與經濟發展相適應、無害環境的能源供應體系和消費模式。工業對環境的污染主要體現在工業污水和工業廢氣的過度排放對大氣、水和土壤生態環境造成的污染。如果能夠控制工業污染的排放程度，使得排放量小于環境自我調節的最大承受量，那么就可以達到工業和環境的友好和諧發展。這就要求工業方面要提高資源利用效率、優化污染處理技術，以及研發新型環保材料。

鐵酸鉍是一種新型光催化材料，帶寬度很小，在可見光下有很好的催化性能和光解水能力，和窄帶半導體相比，鐵酸鉍在進行光催化時可保證更加穩定的晶體結構，令鐵酸鉍變成很有希望的新型光催化材料。把鐵酸鉍負載石墨烯，得到復合材料，將其應用于光催化降解中，取得了很好的效果。

現有技術如授權公告號CN 102626634 A公開了一種鐵酸鉍-石墨烯復合磁性可見光催化劑、制備方法及應用。制得的催化劑中鐵酸鉍的質量分數為60％～95％，石墨烯的質量分數為5％～40％。該催化劑制備過程一步完成氧化石墨的還原和鐵酸鉍與石墨烯的復合，所得催化劑磁性較強且具有良好的可見光響應，將所得催化劑用于可見光催化處理亞甲基藍溶液，取得了較好的降解效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有優良的光催化降解性能，同時降解穩定性高且具有一定的抑菌性，也能促使廢水中的pH、COD值以及色度明顯降低的鐵酸鉍負載石墨烯復合材料。

本發明為實現上述目的所采取的技術方案為：

一種改性石墨烯，其由松蘿酸對氧化石墨烯改性制備得到。

本發明采用松蘿酸對氧化石墨烯進行改性得到改性石墨烯；由于石墨烯具有高度共軛體系，松蘿松蘿酸能夠與石墨烯產生較強的π-π相互作用，阻止石墨稀片層的相互吸引、聚沉，起到了穩定石墨烯的作用，進一步提高其在有機溶劑中的分散作用，使其具有良好的分散性，同時松蘿酸的引入沒有破壞石墨烯的本體結構以及石墨烯優良的物理化學性能，使其易與其他物質復合得到性能優異的復合材料。

優選地，松蘿酸與氧化石墨烯的質量比為1.5～10:1。

優選地，改性石墨烯的制備方法：

按重量份計，將4～9份石墨粉與1～5份硝酸鈉添加至燒杯中，再添加濃硫酸，使石墨粉的濃度為0.02～0.05g/mL，把燒杯放在冰浴中，繼續添加15～30份高錳酸鉀，經攪拌讓溫度保持在25℃，2～6min后在20～30℃水浴中加熱20～30min。向燒杯中添加去離子水，當溫度升至75～90℃，將其置于室溫環境下5～10min，在溫度下降低至45～60℃后，在此溫度下保持4～8min，隨后添加至70～150份常溫雙氧水，停止反應，抽濾，洗滌，烘干，得到氧化石墨烯。

將松蘿酸與上述氧化石墨烯按質量比為1.5～10:1置于去離子水中，超聲0.5～2.5h，以1500～3000r/min的速率離心5～10min，取上層清液，得到改性石墨烯溶液。

本發明還公開了松蘿酸在提高石墨烯分散性中的用途。