[发明专利]制备还原氧化石墨烯/纳米四氧化三铁复合磁性吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附剂材料制备领域，具体是制备还原氧化石墨烯/纳米四氧化三铁复合磁性吸附剂的方法。

背景技术

石墨烯是一种新颖的碳材料，具有特殊的二维结构，蕴含丰富而新奇的物理现象，表现出许多优异的性质，其中包括电学，光学，热学及力学性质。随着对石墨烯的研究越来越深入，科学家们认为，石墨烯有望彻底变革材料科学领域。石墨烯的性质为其广泛的应用范围奠定了基础，有望在高性能纳米电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。

还原氧化石墨烯（rGO）是石墨烯主要的衍生物之一，指通过化学或热处理等方法不完全去除氧化石墨烯中的含氧官能团后得到的一种二维碳材料。rGO的物理化学性质介于石墨烯和氧化石墨烯之间，但是在结构和功能上显示出许多独特的优势。将其作为催化载体时可显示出比石墨烯和GO更大的比表面积和电化学活性（参看王泽高，石墨烯薄膜与还原氧化石墨烯粉末的可控制备及掺杂效应研究，电子科技大学博士学位论文，2014）。最新研究发现，rGO具有优异的吸附性能，是一种很有潜力的吸附剂材料（参看 Ding Wang et.al, Pt Nanocatalysts Supported on Reduced Graphene Oxide for Selective Conversion of Cellulose or Cellobiose to Sorbitol, ChemSusChem 2014, 7: 1398-1406）。

四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米微球具有良好的磁响应能力，是一种被普遍使用的吸附剂载体。吸附剂与Fe₃O₄复合之后，被赋予超顺磁性，可以直接分散在水相中对目标物进行吸附，然后使用外加磁场分离，不仅简化了操作程序，同时大幅度提高了吸附效率。因此，各种类型rGO与纳米Fe₃O₄复合磁性吸附剂的制备成为吸附剂研究领域的研究热点。

溶剂热法是目前最常采用的一种rGO/Fe₃O₄制备方法。例如，汤振华等以氧化石墨和FeCl₃为原料，二乙二醇为溶剂，采用一步溶剂热法合成了rGO/Fe₃O₄复合物，并应用于有机磷农药的吸附与检测（参看汤振华等，四氧化三铁/还原氧化石墨烯合成及其在有机磷农药检测中应用研究，食品工业科技，2014, 35(21): 306-309）；邱霞琴等以氧化石墨和FeSO₄为原料，乙二醇为溶剂，制备rGO/Fe₃O₄纳米复合物并应用于果蔬中菊酯类农药的吸附与检测（参看邱霞琴等，磁性石墨烯纳米复合物在菊酯类农残检测中的应用研究，食品工业科技，2016, 37(12): 76-79）。溶剂热法制备rGO/Fe₃O₄具有操作简单、容易掌握的优点，但是存在反应不均匀、氧化石墨烯还原效率低等问题，造成rGO/Fe₃O₄复合物结构不稳定性，进而影响磁响应能力。这一缺陷严重阻碍了rGO/Fe₃O₄的制备和应用，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种操作工艺简单、经济环保、磁性良好的制备还原氧化石墨烯/纳米四氧化三铁复合磁性吸附剂的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是制备还原氧化石墨烯/纳米四氧化三铁复合磁性吸附剂的方法，包括以下步骤：

（1）配置反应物体系并混合均匀得到反应物混合溶液，该反应物体系包括有水/乙二醇二元溶剂、氧化石墨烯、六水合氯化铁、柠檬酸钠和乙酸钠，其中，水和乙二醇添加体积比为1/5，氧化石墨烯与水/乙二醇二元溶剂的添加比为3 mg/mL，六水合氯化铁的质量是氧化石墨烯质量的2-5倍，六水合氯化铁、柠檬酸钠、乙酸钠三者质量比为1/0.4/3；

将反应物混合溶液转移至反应釜中；

（2）采用水/乙二醇共热法制备复合磁性吸附剂，将反应釜置于马弗炉中，反应温度为180-200℃，反应时间为8-12小时，将反应产物充分清洗并磁分离后真空干燥获得还原氧化石墨烯/纳米四氧化三铁复合磁性吸附剂。