本發(fā)明屬于石墨烯合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁性石墨烯的一步合成方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的迅速發(fā)展，人們的生活水平發(fā)生了巨大變化。人們?cè)诎l(fā)展工業(yè)和開發(fā)新能源的同時(shí)，又遇到了新的問題，就是環(huán)境問題。如何有效的控制廢水排放及治理廢水成為人類面臨的重要問題之一。已被用于染料廢水降解的技術(shù)有很多，包括化學(xué)方法、物理化學(xué)方法、生物方法或者多種聯(lián)合的方法，例如，活性炭吸附和微生物降解等。以均相fenton反應(yīng)為代表的傳統(tǒng)廢水治理辦法存在著催化劑難分離等缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的fe3o4作催化劑的非均相fenton氧化雖利用fe3o4優(yōu)異的磁性能很好的解決了分離難、二次污染等問題，但因材料的單一性，依然存在催化效率低、適用ph范圍窄等弊端。研究發(fā)現(xiàn)，近紫外光和可見光的引入可大大提高fenton反應(yīng)的速率，因此photo-fenton法得到了廣泛的研究，尤其是以碳基磁性納米復(fù)合材料為催化劑的非均相photo-fenton反應(yīng)不但能高效剔除廢液中的有機(jī)染料不造成二次污染，而且低能耗適用ph范圍廣，有著良好的應(yīng)用前景和極高的應(yīng)用價(jià)值。

此外，催化劑使用中所產(chǎn)生的環(huán)境問題雖已得到有效解決，但催化劑合成過程中因有毒試劑，例如水合肼的使用而帶來的環(huán)境污染仍不容忽視。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種一步合成磁性石墨烯(rgo/fe3o4)的方法，該方法以生物大分子海藻酸鈉為還原劑和穩(wěn)定劑，得到了形貌均一，顆粒分散均勻且fe3o4粒徑僅7nm的rgo/fe3o4復(fù)合材料，且該材料在photo-fenton體系降解亞甲基藍(lán)應(yīng)用中體現(xiàn)出較為優(yōu)秀的催化能力。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案方法，

一種磁性石墨烯的一步合成方法，包括以下步驟：

(1)將氧化石墨烯和六水合三氯化鐵配成水溶液；

(2)加入尿素和海藻酸鈉，隨后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中200c加熱，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，所得產(chǎn)物離心、清洗、干燥后得到所述磁性石墨烯。

所述氧化石墨烯和六水合三氯化鐵質(zhì)量比為1∶15-20，優(yōu)選1∶17.5。

所述尿素和海藻酸鈉的質(zhì)量比為2-4∶1，優(yōu)選2∶1。

尿素和海藻酸鈉在反應(yīng)釜中200℃加熱時(shí)間為10h。

所述的清洗為將離心的產(chǎn)物經(jīng)水和無水乙醇交替清洗6次。

所述的干燥為在60℃真空干燥7h。

所述的反應(yīng)液中氧化石墨烯的濃度為0.75-3.5mg/ml，所述尿素在溶液中的質(zhì)量濃度為0.0125-0.05mg/ml。

本發(fā)明合成中無任何有毒試劑的參與，條件易控，操作方便，環(huán)境友好，具有合成設(shè)備簡(jiǎn)單，原料常見易得，反應(yīng)快速高效和產(chǎn)品的催化效率較高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所涉及的磁性石墨烯的合成路線；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的氧化石墨烯(go)，還原石墨烯(rgo)，rgo/fe3o4和fe3o4的xrd圖譜；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制得磁性石墨烯的透射電鏡圖譜。

具體實(shí)施方式

以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

如圖1所示為本發(fā)明所涉及的磁性石墨烯的合成路線。將50mg的go和六水合三氯化鐵(fecl3·6h2o)固體按質(zhì)量比1∶17.5配成10ml水溶液，加入0.5g尿素后磁力攪拌0.5h使之充分溶解，邊攪拌邊滴加21.2mm海藻酸鈉水溶液30ml，隨后轉(zhuǎn)移至50ml反應(yīng)釜中200℃加熱10h。實(shí)驗(yàn)中用于對(duì)照的fe3o4納米顆粒采用相同的方法合成，只是原料中少了go的加入，而用于對(duì)照的rgo是原料中少了fecl3·6h2o的加入。

圖2是本實(shí)施例制得材料的xrd圖譜，從上到下依次是氧化石墨烯(go)，還原石墨烯(rgo)，rgo/fe3o4和fe3o4的xrd圖譜，最下方為fe3o4標(biāo)準(zhǔn)圖譜(jcpdscardno.65-3107)。其中g(shù)o在2θ＝10.8°處出現(xiàn)的衍射峰對(duì)應(yīng)(001)晶面，rgo在2θ＝23.0°處出現(xiàn)的寬衍射峰對(duì)應(yīng)(002)晶面，而從go到rgo，(001)晶面特征峰的消失與(002)晶面特征峰的出現(xiàn)意味著go在一定程度上已被生物分子海藻酸鈉還原。rgo/fe3o4和fe3o4擁有相同位置的衍射峰，并且能準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)圖中最下方的fe3o4標(biāo)準(zhǔn)圖譜(jcpdscardno.65-3107)，而rgo在rgo/fe3o4圖譜中并沒有出現(xiàn)明顯的特征峰，原因可能是由于其質(zhì)量含量低而造成的。

圖3是本實(shí)施例制得的磁性石墨烯的透射電鏡圖譜，其中，圖(a-c)為不同放大倍率下的形貌圖，由圖可知fe3o4顆粒大小均一且分布均勻，圖(d)為晶格條紋圖，其中晶格間距為0.296nm，對(duì)應(yīng)fe3o4的(220)晶面，圖(e)為選區(qū)衍射，圖中衍射環(huán)較為明顯，說明產(chǎn)物的結(jié)晶性良好，其中(331)、(531)、(422)晶面與xrd表征結(jié)果對(duì)應(yīng)，圖(f)為粒徑分析圖，由圖可知，fe3o4顆粒較小且平均粒徑僅7nm。

應(yīng)用：

在室溫25℃，控制時(shí)間為120min，雙氧水起始濃度為10.0mmol·l^-1，亞甲基藍(lán)的起始濃度為20mg·l^-1，rgo/fe3o4投加量為0.25g·l^-1的條件下，調(diào)節(jié)溶液起始ph為6的實(shí)驗(yàn)條件下探究所得材料在photo-fenton體系催化降解亞甲基藍(lán)實(shí)驗(yàn)中的催化性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，120min后最高能達(dá)到96％的降解率，而fe3o4作催化劑時(shí)的降解率僅68.2％，相比之下催化效率明顯提高且多次循環(huán)使用降解率并無明顯下降，在實(shí)際水樣中使用時(shí)也同樣能保持良好的催化性能，有著很高的應(yīng)用價(jià)值和優(yōu)秀的應(yīng)用前景。

以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種磁性石墨烯的一步合成方法，包括以下步驟：(1)將氧化石墨烯和六水合三氯化鐵配成水溶液；(2)加入尿素和海藻酸鈉，隨后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中200℃加熱，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，所得產(chǎn)物離心、清洗、干燥后得到所述磁性石墨烯。得到了形貌均一，顆粒分布均勻的磁性石墨烯且顆粒平均尺寸僅7nm。所得材料在Photo?Fenton體系催化降解亞甲基藍(lán)實(shí)驗(yàn)中具有優(yōu)異的催化性能。在室溫且近中性(pH＝6)的環(huán)境下，120分鐘后最高能達(dá)到96％的降解率，明顯高于Fe3O4做催化劑時(shí)的催化效率且多次循環(huán)使用降解率并無明顯下降，在實(shí)際水樣中使用時(shí)也同樣能保持良好的催化性能。

技術(shù)研發(fā)人員：崔鳳靈;江曉瑩;崔延瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.12
技術(shù)公布日：2017.10.13