[发明专利]一种改性石墨烯及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种改性石墨烯及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：向氧化石墨烯胶体中加入还原性醇类溶剂，离心去上清液，再加入还原性醇类溶剂，得到氧化石墨烯的醇分散液，而后加入硅烷偶联剂进行反应，得到所述改性石墨烯。该制备方法简单易行，反应条件温和，绿色环保，且制备得到的改性石墨烯具有π电子结构、大于的晶面间距、丰富的介孔和大孔微结构，同时表面含有氨基，其对染料具有很强的吸附能力，尤其对阴离子染料具有很强的吸附能力。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，涉及一种改性石墨烯及其制备方法和应用，尤其涉及一种能够高效吸附阴离子型染料的改性石墨烯及其制备方法和应用。。

背景技术

印刷废水具有成分复杂、含盐量高、色度深、化学需氧量高和难降解等特性，处理不当会给环境和生物生存带来严重的威胁，是急需治理的水体污染源之一。染料是印刷废水中常见的污染物质，通常来说，包括阳离子型染料、阴离子型染料和非离子型染料。常见的染料废污水处理办法有膜分离法、絮凝沉淀法、微生物处理法、光催化降解法和吸附法等。吸附法具有效率高、方便大规模使用和应用对象广等特点。

石墨烯作为新型的碳材料具有可观的比表面积和π-π共轭结构，非常适于吸附同样具有共轭结构的染料分子。对于阳离子型染料，表面含有羧基、羟基、磺酸基等电负性官能团的石墨烯衍生物表现出优异的吸附性能。而对于阴离子型染料，目前报道集中于采用还原氧化石墨烯，但由于还原氧化石墨烯胶体表面带负电，与带负电的阴离子染料间存在电荷排斥作用，对阴离子型染料的吸附效果并不理想。

石墨烯的共价修饰方面，对石墨烯的氨基化改性是比较常见的，多采用如氯化亚砜、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、四氯化碳和二氯甲烷等溶剂，通过酰胺化反应制备。改性石墨烯表面的氨基功能团在酸性化学环境下带正电荷，非常适于吸附带负电的阴离子染料分子。

曹海燕等(氧化石墨烯基功能纸的简易制备和染料吸附性能，物理学报，第65卷第14期)报道了一种氧化石墨烯基功能纸及其制备方法，其对阳离子染料亚甲基蓝和罗丹明B具有很好的吸附作用。但其对阴离子染料不具有很好的吸附效果。

唐和清等在氧化石墨烯和石墨烯对离子型染料不同吸附性能的研究(中南民族大学学报(自然科学版)，第33卷第2期)中指出，pH为5或6时，还原氧化石墨烯和石墨烯的表面带负电，主要靠静电吸引吸附阳离子染料分子(罗丹明B)，而对阴离子染料分子(甲基橙)的作用力表现为范德华作用力、π-π作用和电荷排斥作用，导致吸附量较低。

CN105645392A公开了一种氨基化石墨烯的制备方法，将氧化石墨烯粉末溶于二甲基甲酰胺溶液，分别加入乙二胺和N,N'-二环己基碳二亚胺的四氢呋喃溶液，反应得到单原子片层结构的氨氨基化石墨烯。该发明制备得到的氨基化石墨烯为单原子片层结构，且氨基化程度高，产物中氮含量高于其他制备方法，有利于废水中重金属离子的吸附，在处理重金属废水方面有很好的应用前景。但该制备方法采用了毒性较大的有机溶剂，不利于绿色环保。

CN107244748A公开了一种氧化石墨烯复合物改性凹凸棒土净水剂，其通过氧化石墨烯、改性凹凸棒土复合制得净水剂，氧化石墨烯具有独特的层状结构及较大的比表面积，大大增加了改性后的凹凸棒土的吸附脱色能力，对污水处理能力强，对污水中重金属的吸附能力强，絮凝脱色、除臭效果明显，但该制备方法存在工艺复杂、过程中采用毒性较大的有机溶剂和实验条件苛严等问题。

CN108530699A公开了一种聚合物改性石墨烯复合材料的制备方法，首先将氧化石墨在超声辐射反应器中利用改性剂制备成改性石墨烯，然后将改性石墨烯分散到聚合物乳液中制备得到稳定的聚合物/改性石墨烯复合乳液；再在上述复合乳液中加入破乳剂得到聚合物/改性石墨烯复合母料；最后将母料、聚合物及各种辅料加入到挤出机中，在一定温度下熔融、挤出得到聚合物/改性石墨烯复合材料。本发明的制备方法获得的复合材料的拉伸强度和拉伸模量等性能均较好。该制备方法比较复杂，且制备得到的产品不能有效吸附阴离子染料。