一種制備可回收石墨烯復(fù)合二氧化鈦納米材料的新型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備可回收石墨稀復(fù)合二氧化鈦納米材料的新型方法，屬于納米材料的加工應(yīng)用和無機(jī)化工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]納米二氧化鈦是一種典型的光催化劑，具有性能穩(wěn)定、催化活性高、價格低廉、無二次污染等優(yōu)點，在廢水處理中應(yīng)用前景非常廣闊。但是，納米二氧化鈦在實際使用過程中存在著分散性差、回收困難等缺點，從而限制了其工業(yè)化的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種制備可回收石墨烯復(fù)合二氧化鈦納米材料的方法，通過該方法制備的復(fù)合材料具有優(yōu)異的光催化性能，且可以解決納米二氧化鈦回收困難的缺點，能夠重復(fù)使用，具有良好的市場前景。
[0004]本發(fā)明的特征步驟如下:
[0005]第一步:氧化石墨的制備
[0006]室溫下，將2g天然石墨和Ig硝酸鈉加入到250mL三口燒瓶中，冷卻至O °C;將50mL濃硫酸緩慢加入三口瓶中并充分?jǐn)嚢?0min ;然后，加入0.3g高錳酸鉀充分?jǐn)嚢?0min ；lh內(nèi)將7g高錳酸鉀分三批加入三口瓶中。撤走冰浴，用水浴加熱至(35±3)°〇，充分?jǐn)嚢?11，得褐色懸浮液。將90mL去離子水緩慢加入三口瓶中，溫度驟升至90°C ;反應(yīng)15min后，加A7ml雙氧水與55mL超純水(45°C )的混合溶液，得金黃色氧化石墨分散液，趁熱過濾、洗滌至中性，干燥，得氧化石墨。
[0007]第二步:磁核鐵酸鎳的制備
[0008]稱取一定質(zhì)量的鎳鹽和鐵鹽(n(Ni2+):n(Fe3+) = 1:2)溶于去離子水中，得到溶液Ao稱取一定質(zhì)量NaOH溶于去離子水中，得到溶液B。將溶液B逐滴加入溶液A中，劇烈攪拌20min后，轉(zhuǎn)移到10ml的水熱反應(yīng)釜中，180°C?220°C反應(yīng)1h?12h，自然冷卻，取出在磁場中分離，水洗3次，200°C干燥4h后，研磨，得到NiFe2O4粉末。
[0009]第三步:磁性石墨烯復(fù)合二氧化鈦的制備
[0010]室溫下，取一定體積的無水乙醇加入到10mL的燒杯中，在磁力攪拌下將一定體積的鈦酸四正丁酯逐滴滴加，攪拌1min后，而后加入酸，繼續(xù)攪拌1min后，得到溶液A。取一定質(zhì)量的NiFe2O4加入一定體積去離子水中，最后加入一定質(zhì)量的氧化石墨，超聲1min后，得到溶液B。將溶液B加入到溶液A中，超聲30min后，轉(zhuǎn)移到10mL的水熱反應(yīng)釜中，80°C?120°C反應(yīng)18h?22h，趁熱過濾，洗滌，干燥，研磨，獲得磁性T12-GO光催化劑粉末。上述鎳鹽為:NiCl2、Ni (NO3)2或NiSO4中的一種。
[0011]上述鐵鹽為:FeCl3、Fe2(SO4) 3或 Fe (NO 3) 3中的一種。
[0012]上述酸為:HC1、CH3COOH中的一種。
[0013]本發(fā)明將石墨烯、鐵酸鎳和二氧化鈦三者通過水熱反應(yīng)在80°C?120°C反應(yīng)18h?22h進(jìn)行復(fù)合制備，得到磁性石墨烯復(fù)合二氧化鈦復(fù)合材料。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015](I)制備過程操作簡單，易于控制反應(yīng)條件，對設(shè)備的要求低，耗損低，不需要高溫煅燒，減少合成成本，有良好的市場前景。
[0016](2)石墨烯的加入提高了二氧化鈦的光催化性能，鐵酸鎳的加入使得復(fù)合催化劑易于回收，能夠多次使用。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例和比較例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但絕不限制本發(fā)明的范圍:
[0018]實施方案1:
[0019]室溫下，將2g天然石墨和Ig硝酸鈉加入到250mL三口燒瓶中，冷卻至O °C;將50mL濃硫酸緩慢加入三口瓶中并充分?jǐn)嚢?0min ;然后，加入0.3g高錳酸鉀充分?jǐn)嚢?0min ；lh內(nèi)將7g高錳酸鉀分三批加入三口瓶中。撤走冰浴，用水浴加熱至(35±3)°〇，充分?jǐn)嚢?11，得褐色懸浮液。將90mL去離子水緩慢加入三口瓶中，溫度驟升至90°C ;反應(yīng)15min后，加A7ml雙氧水與55mL超純水(45°C )的混合溶液，得金黃色氧化石墨分散液，趁熱過濾、洗滌至中性，干燥，得氧化石墨。
[0020]稱取2.6284gNiS04.6Η20 和 5.4059gFeCl3.6Η20 分別溶于 15ml 去離子水，將兩者混合均勻，磁力攪拌lOmin，得到溶液A。稱取3.20gNa0H溶解在45ml去離子水中，得到溶液Bo將溶液B逐滴加入溶液A中，劇烈攪拌20min后，轉(zhuǎn)移到10ml的水熱反應(yīng)釜中，180°C反應(yīng)10h，自然冷卻，取出在磁場中分離，水洗3次，200°C干燥4h后，研磨，得到NiFe2O4粉末。
[0021]室溫下，取5mL無水乙醇加入到10mL的燒杯中，在磁力攪拌下將5mL鈦酸四正丁醋逐滴滴加，攪拌1min后，而后加入6mL鹽酸，繼續(xù)攪拌1min后，得到溶液A。取一定質(zhì)量的NiFe2O4加入75mL去離子水中，最后加入0.0020g氧化石墨，超聲1min后，得到溶液Bo將溶液B加入到溶液A中，超聲30min后，轉(zhuǎn)移到10mL的水熱反應(yīng)釜中，80°C反應(yīng)22h，趁熱過濾，洗滌，干燥，研磨，獲得磁性T12-GO光催化劑粉末。
[0022]實施方案2:
[0023]室溫下，將2g天然石墨和Ig硝酸鈉加入到250mL三口燒瓶中，冷卻至O °C;將50mL濃硫酸緩慢加入三口瓶中并充分?jǐn)嚢?0min ;然后，加入0.3g高錳酸鉀充分?jǐn)嚢?0min ；lh內(nèi)將7g高錳酸鉀分三批加入三口瓶中。撤走冰浴，用水浴加熱至(35±3)°〇，充分?jǐn)嚢?11，得褐色懸浮液。將90mL去離子水緩慢加入三口瓶中，溫度驟升至90°C ;反應(yīng)15min后，加A7ml雙氧水與55mL超純水(45°C )的混合溶液，得金黃色氧化石墨分散液，趁熱過濾、洗滌至中性，干燥，得氧化石墨。
[0024]稱取2.908IgNi (NO3)2.6H20 和 8.0799gFe (NO3) 3.9H20 分別溶于 15ml 去離子水，將兩者混合均勻，磁力攪拌lOmin，得到溶液A。稱取3.20gNa0H溶解在45ml去離子水中，得到溶液B。將溶液B逐滴加入溶液A中，劇烈攪拌20min后，轉(zhuǎn)移到10ml的水熱反應(yīng)釜中，200 0C反應(yīng)10h，自然冷卻，取出在磁場中分離，水洗3次，200 0C干燥4h后，研磨，得到NiFe2O4 粉末。
[0025]室溫下，取5mL無水乙醇加入到10mL的燒杯中，在磁力攪拌下將5mL鈦酸四正丁醋逐滴滴加，攪拌1min后，而后加入6mL醋酸，繼續(xù)攪拌1min后，得到溶液A。取一定質(zhì)量的NiFe2O4加入75mL去離子水中，最后加入0.0030g氧化石墨，超聲1min后，得到溶液B。將溶液B加入到溶液A中，超聲30min后，轉(zhuǎn)移到10mL的水熱反應(yīng)釜中，100°C反應(yīng)20h，趁熱過濾，洗滌，干燥，研磨，獲得磁性T12-GO光催化劑粉末。
[0026]實施方案3:
[0027]室溫下，將2g天然石墨和Ig硝酸鈉加入到250mL三口燒瓶中，冷卻至O °C;將50mL濃硫酸緩慢加入三口瓶中并充分?jǐn)嚢?0min ;然后，加入0.3g高錳酸鉀充分?jǐn)嚢?0min ；lh內(nèi)將7g高錳酸鉀分三批加入三口瓶中。撤走冰浴，用水浴加熱至(35±3)°〇，充分?jǐn)嚢?11，得褐色懸浮液。將90mL去離子水緩慢加入三口瓶中，溫度驟升至90°C ;反應(yīng)15min后，加A7ml雙氧水與55mL超純水(45°C )的混合溶液，得金黃色氧化石墨分散液，趁熱過濾、洗滌至中性，干燥，得氧化石墨。
[0028]稱取2.3769gNiCl2.6H20 和 5.5606gFe2 (SO4) 3.7H20 分別溶于 15ml 去離子水，將兩者混合均勻，磁力攪拌lOmin，得到溶液A。稱取3.20gNa0H溶解在45ml去離子水中，得到溶液B。將溶液B逐滴加入溶液A中，劇烈攪拌20min后，轉(zhuǎn)移到10ml的水熱反應(yīng)釜中，220 0C反應(yīng)9h，自然冷卻，取出在磁場中分離，水洗3次，200 °C干燥4h后，研磨，得到NiFe2O4粉末。
[0029]室溫下，取5mL無水乙醇加入到10mL的燒杯中，在磁力攪拌下將5mL鈦酸四正丁醋逐滴滴加，攪拌1min后，而后加入6mL鹽酸，繼續(xù)攪拌1min后，得到溶液A。取一定質(zhì)量的NiFe2O4加入75mL去離子水中，最后加入0.0030g氧化石墨，超聲1min后，得到溶液B。將溶液B加入到溶液A中，超聲30min后，轉(zhuǎn)移到10mL的水熱反應(yīng)釜中，120°C反應(yīng)18h，趁熱過濾，洗滌，干燥，研磨，獲得磁性T12-GO光催化劑粉末。
【主權(quán)項】
1.一種磁性石墨烯復(fù)合二氧化鈦納米材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:第一步:氧化石墨的制備。室溫下，將2g天然石墨和Ig硝酸鈉加入到250mL三口燒瓶中，冷卻至0°C ;將50mL濃硫酸緩慢加入三口瓶中并充分?jǐn)嚢?0min ;然后，加入0.3g高錳酸鉀充分?jǐn)嚢?0min ;lh內(nèi)將7g高錳酸鉀分三批加入三口瓶中。撤走冰浴，用水浴加熱至(35±3) °C，充分?jǐn)嚢?h，得褐色懸浮液。將90mL去離子水緩慢加入三口瓶中，溫度驟升至900C ;反應(yīng)15min后，加入7ml雙氧水與55mL超純水(45°C )的混合溶液，得金黃色氧化石墨分散液，趁熱過濾、洗滌至中性，干燥，得氧化石墨。第二步:磁核鐵酸鎳的制備。稱取一定質(zhì)量的鎳鹽和鐵鹽Oi(Ni2+):n(Fe3+) = 1:2)溶于去離子水中，得到溶液A。稱取一定質(zhì)量NaOH溶于去離子水中，得到溶液B。將溶液B逐滴加入溶液A中，劇烈攪拌20min后，轉(zhuǎn)移到10ml的水熱反應(yīng)釜中，180°C?220°C反應(yīng)1h?12h，自然冷卻，取出在磁場中分離，水洗3次，200°C干燥4h后，研磨，得到NiFe2O4粉末。第三步:磁性石墨烯復(fù)合二氧化鈦的制備。室溫下，取一定體積的無水乙醇加入到10mL的燒杯中，在磁力攪拌下將一定體積的鈦酸四正丁醋逐滴滴加，攪拌1min后，而后加入酸，繼續(xù)攪拌1min后，得到溶液A。取一定質(zhì)量的NiFe2O4加入一定體積去離子水中，最后加入一定質(zhì)量的氧化石墨，超聲1min后，得到溶液B。將溶液B加入到溶液A中，超聲30min后，轉(zhuǎn)移到10mL的水熱反應(yīng)釜中，80°C?120°C反應(yīng)18h?22h，趁熱過濾，洗滌，干燥，研磨，獲得磁性T12-GO光催化劑粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于，將石墨烯、鐵酸鎳和二氧化鈦三者通過水熱反應(yīng)在80°C?120°C反應(yīng)18h?22h進(jìn)行復(fù)合制備，得到磁性石墨烯復(fù)合二氧化鈦復(fù)合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備可回收石墨烯復(fù)合二氧化鈦納米材料的新型方法。其特點是首先水熱法制備鐵酸鎳，Hummers法制備氧化石墨，將鐵酸鎳、石墨烯和二氧化鈦通過水熱法一步合成本發(fā)明所述的復(fù)合材料。本發(fā)明制備過程操作簡單，易于控制反應(yīng)條件，對設(shè)備的要求低，耗損低，不需要高溫煅燒，減少合成成本，有良好的市場前景，制得的復(fù)合材料具有優(yōu)異的光催化性能，具有磁性方便回收，能夠重復(fù)使用，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類】B01J23-755, B82Y40-00, B82Y30-00, B01J21-18, B01J21-06
【公開號】CN104857961
【申請?zhí)枴緾N201510202183
【發(fā)明人】張志軍, 胡涓
【申請人】常州大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月24日