[发明专利]用于纯化水的基于经还原的氧化石墨烯的组合物

说明书

背景

技术领域

本公开涉及纳米复合材料，以及具体地涉及基于石墨烯的纳米复合材料。

技术背景

在工业、家庭和农业活动中产生的化学废物持续地污染水。除了人类活动所产生的污染物，水源中存在的天然污染物也带来了很大的危害。

已经发明了多种技术来缓解水污染的难题。已经采用和开发了多种的方法以将废物材料从被污染的水中分离，所述方法包括吸收、沉降、膜分离、融合(amalgamation)和离子交换。在所有的这些方法中，吸收被证实是更为经济和有效的，尤其对于从稀释的溶液中除去污染物而言。为了从水中分离污染物，已经开发了大量的吸收剂。吸收剂的功效和实用性很大程度上取决于靶向污染物对吸收剂的亲和性和所述吸收剂的经济可行性。碳是一种这样的吸收剂，其已经广泛的使用，并且发现其在除去水中存在的大量污染物中是有效的，无论该污染物是有机或者无机污染物。然而，为了满足日益严格的饮用水标准，人们一直努力确定更好的吸收剂。

纳米材料是非常新的类型的材料，其作为吸收剂在水纯化中提供了好的机遇。因此，研究人员集中于纳米技术，以开发有效的、经济的和环境友好的水去污方法。

最近，一类新的基于碳的纳米材料，也即，经还原的氧化石墨烯(RGO)正在被研究用于水的纯化。由于其独特的二维性质、能带结构、大的表面积和多种官能团，RGO及其前体氧化石墨烯(GO)被用于多种应用中，包括用于水的纯化中。已知多种复合材料与其单独的组分的性能相比，显示出优秀的性能。这可能是由于材料的组合可以产生协同的性能。据报道，基于碳的复合材料显示出提高的性能。目前制备了多种金属氧化物和碳材料的复合材料用于多种用途，所述碳材料例如活性炭、石墨和碳纳米管。GO和RGO片是其他用于制造复合材料的感兴趣的基于碳的材料。与GO相比，RGO复合材料数量较少。

前文所述的复合材料已经被试图用于催化或者电子的应用。近期的工作还显示，石墨烯复合材料，例如石墨烯-Fe₃O₄和GO-Fe(OH₃)可以有效地从水中除去砷。

在复合材料形成的多数先前方法中所采用的方法相对繁琐。将金属前体分别地制备和混合；或者使用外来助剂来生产复合材料。真空过滤是一种用于制备RGO-Au复合材料的方法。也可以通过一步的化学方法在75℃下制备RGO-Ag复合材料，此时GO或者RGO被吸附到3-氨基苯基三乙氧基硅氧烷(APTES)改性的Si/SiO_x基质上，并且将该样品在硝酸银的水溶液中于75℃下加热。

除了效力之外，用于水纯化大规模应用的材料的实际适用性的其他重要方面在于成本和操作的便利性。尽管纳米材料与其他材料相比具有高的效力，将纳米材料用于水纯化的难题之一在于该吸收性材料处理后的操作。希望实现容易的、不需要任何外来助剂的固-液分离。

因此，存在解决前文所述的难题，以及用于水纯化的传统材料和复合材料的其他缺点的需要。本发明的组合物和方法满足了这些需要和其他的需要。

发明简述

根据本发明的目的(或多个目的)，如本文中所举例的以及概括地描述的，本公开在一个方面涉及纳米复合材料，例如经还原的氧化石墨烯(RGO)-金属/金属氧化物纳米复合材料，制备纳米复合材料的方法，以及涉及该纳米颗粒在水纯化方法中的应用，例如，从水中除去重金属。

在一个方面，本公开文本提供了纳米复合材料。所述纳米复合材料包含经还原的氧化石墨烯(RGO)，以及金属和该金属的氧化物中至少一种的纳米颗粒。所述金属包括以下的至少一种：金、银、铂、钯、钴、锰、铁、碲、铑、钌、铜、铱、钼、铬和铈。

在另一个方面，本公开文本提供了包含纳米复合材料的吸收剂。所述纳米复合材料包含经还原的氧化石墨烯(RGO)，以及金属和该金属的氧化物中至少一种的纳米颗粒。所述金属包括以下的至少一种：金、银、铂、钯、钴、锰、铁、碲、铑、钌、铜、铱、钼、铬和铈。

在再另一个方面，本公开文本提供了包含纳米复合材料的吸收剂。所述纳米复合材料包含经还原的氧化石墨烯(RGO)，以及金属和该金属的氧化物中至少一种的纳米颗粒。所述金属包括以下的至少一种：金、银、铂、钯、钴、锰、铁、碲、铑、钌、铜、铱、钼、铬和铈。该纳米复合材料进一步结合到基质。