[发明专利]一种核壳结构的石墨烯/Mn3O4纳米复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种核壳结构石墨烯/Mn₃O₄纳米吸附剂的制备方法及其对水中Sb(V)离子的吸附去除。

背景技术

石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。

石墨烯的研究是现在科学界的探究焦点之一，并且现在新颖的碳纳米吸附材料备受科学家的关注，因为它的结构所带来的性质是其他材料所不能的，它的结构中有许多的褶皱孔道以及褶皱孔穴，它的比表面积也非常大。另外，氧化石墨烯是它的氧化衍生物，它不但拥有上面那些性质，它的吸附性能还超好，因为它的结构上还有许多的配位能力强的酸性氧基官能团，因此，它运用于为放射性核素的吸附剂会有很好的效果，在放射性废物处理这方面也存在着比较

大应用价值。

锑污染是锑及其化合物对环境的污染。锑和含锑金属冶炼或煤矿开采，以及其他工艺应用锑或化合物时，都能产生含锑元素或其化合物的废气、废水和废渣污染环境。矿物燃烧或冶炼过程中，锑以蒸气或粉尘的形式进入大气。水中锑来自于含锑岩石的溶解，含锑工业废水的排放，以及含锑的降雨等。水渗入土壤也使其污染。使锑富集于水中达到5×10^{^-6}时开始对藻类产生毒害，达到12×10^{^-6}时对鱼类产生毒性。人体内平均含锑5.8毫克，大部分来自餐具、陶瓷釉等。从事锑矿开采和冶炼的工人易发生锑中毒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核壳结构的石墨烯/Mn₃O₄纳米复合材料的制备方法及其对水中Sb（Ⅴ）离子的吸附去除应用，该材料是由石墨烯和Mn₃O₄组成的复合异质结材料。该材料对水中Sb(V)离子有较好的吸附效果。

本发明采用如下技术方案：一种核壳结构的石墨烯/Mn₃O₄纳米复合材料的制备方法，其特征在于方法步骤如下：

（1）称取2~4 克四水合醋酸锰于25 毫升烧杯中，加入8~15 毫升去离子水中溶解至澄清得到溶液A；

（2）取20~30毫升密度为4.6克/升的氧化石墨烯倒入100 毫升烧杯中，并将其超声半个小时，得到溶液B；

（3）将步骤（1）和（2）中得到的溶液A和B混合倒入三口烧瓶内，将它放到45℃的水浴锅进行水浴加热，回流，并逐滴加入40~60毫升乙醇；待乙醇滴完约10 分钟后，再滴加10~20毫升氨水；待氨水滴加完约10 分钟后，将水浴锅升温到80~100℃，并反应2~4小时得到溶液C；

（4）将溶液C冷却到室温并移至100毫升的水热反应罐中，然后将其放到160~190℃的马弗炉中反应10~16小时；

（5）将水热反应得到的样品进行多次过滤、洗涤，真空干燥，得到目标催化剂。

本发明在合成过程中，以氧化石墨烯为基底，将Mn²⁺离子以静电作用吸附在氧化石墨烯的表面，然后通过醇解回流得到氧化石墨烯/Mn₃O₄，最后通过水热处理将氧化石墨烯还原为石墨烯，最终得到石墨烯/Mn₃O₄。

本发明是由石墨烯和Mn₃O₄组成的复合异质结材料,对水中Sb(V)离子有较好的吸附效果。

本发明的优点是：1、本发明的吸附剂是首次采用醇解回流、水热成功制备出了核壳结构的石墨烯/Mn₃O₄纳米复合材料；2、本发明的催化剂对水中Sb(V)离子具有较好的吸附去除效果。3、本发明提供的制备方法简单易行、生产成本低廉、纯度高，制备的石墨烯/Mn₃O₄纳米复合材料比表面积高、吸附性能好。

附图说明

图1为本发明中Mn₃O₄与石墨烯/Mn₃O₄的XRD图。