[发明专利]一种海藻酸钙‑石墨烯‑纳米金复合物水凝胶催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯-纳米金催化剂的制备方法，尤其涉及一种海藻酸钙-石墨烯-纳米金复合物水凝胶催化剂的制备方法。

背景技术

造纸、塑料、皮革、纺织和制药工业生产过程中，所产生的大量染料废水，若不经有效处理将导致严重的环境污染，且偶氮染料有潜在的致癌性。

染料废水对微生物有高的抵抗性，通过传统的生物处理法还原染料基本上是无效的，而且在高浓度时，使用物理化学法处理也难以分解。纳米金属材料有高的比表面积，显示了高的反应活性，其可用于催化有机染料的降解。但纳米金属粒子具有大的比表面积，表面能大，很容易团聚或改变形状，导致抗菌催化活性降低。

因此需要研究简单有效的方法保持纳米金属粒子优良和长效的催化活性。一种典型的方法是将纳米金属粒子固定或负载在一种支撑基体上。

石墨烯是由单层sp2杂化碳原子组成的呈六角型蜂巢晶格的二维平面薄膜。石墨烯具有高比表面积、突出的导热性能和力学性能、非凡的电子传输性能等一系列优异的性质，使得其作为催化剂载体的研究引起了科技工作者的广泛关注。

近年来，大量研究发现，将金属纳米粒子与还原的氧化石墨烯(rGO)复合，不仅可以稳定和分散金属纳米粒子，而且可以提高金属纳米粒子产生的电子的迁移能力，进而提升其催化氧化还原能力。

现有技术中，石墨烯上负载金属纳米粒子的制备方法主要有化学法和高能射线还原法。这些方法普遍存在反应条件比较苛刻、工艺控制相对麻烦、制备成本偏高等缺点或不足。如：

X.Wang等利用水热化学还原法，用葡萄糖做还原剂将金属纳米粒子负载在石墨烯上(X.Wang,et al.,Angew.Chem.Int.Ed.2010.49.4603.)。

这种水热化学还原法的不足之处在于：所采用的水热法需要在高温高压条件下进行，反应条件相对较苛刻，并且制备过程中能耗高、反应所需时间长，且后续的抽滤操作繁琐。

中国专利申请CN105271195A公开了一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶及其制备方法，其通过将氧化石墨烯、水、异丙醇与金源混合，得到分散液；然后，使用放射源进行辐照，得到负载金纳米粒子的石墨烯水凝胶；再将石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶。

这种方法的主要不足之处在于：一是，反应条件相对苛刻，需要使用放射源进行辐照，因而操作十分繁琐，且存在一定的安全隐患；

二是，需要使用有机溶剂异丙醇，而异丙醇易燃、性质非常不稳定，并且具有轻微的不良气味；

三是，产品储存、保管相对较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种反应条件温和、工艺操作与控制简便，且制备周期短，成本相对低廉的海藻酸钙-石墨烯-纳米金复合物水凝胶催化剂制备方法，所制备出的海藻酸钠-石墨烯-纳米金复合物水凝胶产品质量稳定，适于用作有机染料亚甲基蓝或甲基橙的硼氢化钠催化降解。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种海藻酸钙-石墨烯-纳米金复合物水凝胶催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将海藻酸钠加蒸馏水或去离子水溶解，配制成质量百分比浓度为0.5-2％的海藻酸钠水溶液；

第二步，向上述海藻酸钠水溶液中，加入浓度为10-100g/L的石墨烯溶液，超声分散至均匀；

然后，加入摩尔浓度为0.1mol/L的氯金酸溶液，继续超声分散60-120min，得到均匀分散液；

第三步，将所得均匀分散液，控制在60-120℃下完全反应30-180min，得到海藻酸钠-石墨烯-纳米金复合物液相体系；

第四步，向所得海藻酸钠-石墨烯-纳米金复合物液相体系中，加入质量百分比浓度为3-5％的氯化钙水溶液作为交联剂，进行交联反应；

待交联反应完全后，过滤，并经蒸馏水洗涤后，即得；

上述海藻酸钠水溶液、氯金酸溶液与石墨烯溶液的体积比为20-100︰1︰1。

上述技术方案直接带来的技术效果是，上述技术方案中，仅使用无毒无害无污染的海藻酸钠作为还原剂和稳定剂，利用海藻酸钠的还原作用，将氯金酸还原为纳米金粒子。因而制备工艺简单、易控；并且，反应条件温和、所需时间短。

特别是，由于最终所得的海藻酸钠水凝胶具有多孔的网状结构，可有效防止均匀负载有纳米金粒子的石墨烯因层层叠加，可能导致的聚集现象的发生。从而，保证最终所制得产品具有较高的质量等级、良好的质量稳定性和活性，以及便于长期保存、储运等特点。