[发明专利]石墨烯/铜/活性炭复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/铜/活性炭复合材料的制备方法。首先是将氧化石墨烯与铜盐混合均匀，无沉淀后，加入碱性溶液和活性炭，搅拌均匀后得到悬浮液，然后将悬浮液置于反应釜中恒温热处理，离心分离，将得到膏状固体经干燥处理之后，置于管式炉中在H₂/Ar混合气氛下进行热还原，将得到的粉末造粒，最终制得石墨烯/铜/活性炭复合材料颗粒。本发明制备的石墨烯/铜/活性炭复合材料的催化活性和比表面积显著增强，具有孔隙结构发达，强度高，杂质含量低，颗粒度适当，阻力小，易于再生等优点，操作工艺简单、高效，易于实现产业化生产及应用。

技术领域

本发明涉及复合材料，具体是一种石墨烯/铜/活性炭复合材料的制备方法。

背景技术

活性炭作为优良的吸附材料，常用于空气的净化，水体的净化，工业废气回收等，其应用范围涉及化学工业、食品加工、农业、国防等领域，在环境保护和人类生活中起着重要作用。活性炭的吸附特性取决于其发达的孔结构和独特的表面化学性质。但活性炭大多是微孔结构，限制其吸附性能，针对这一问题，研究者从新型碳材料的制备和普通活性炭改性两方面入手，取得一定成果。比如：在活性炭材料表面上负载不同活性组分，但由于多数负载的催化剂均为含钛、钒、钼、钨、铂和钯等贵金属的金属催化剂，负载量少、分布不匀、有效裸露面积不够，成本较高，不适于广泛应用。

纳米铜催化剂制备简单且催化活性良好，但制备过程中容易发生团聚，其表面积有所降低，最终导致催化活性下降。石墨烯具有极大的比表面积（2360m²·g^-1）、较高的热稳定性，是一种极具潜力的载体。例如：金春吉和Zhao等人报道了石墨烯以其高的吸附能力和电子传导率显著提高了二氧化钛的光催化性能(金春吉. 二氧化钛/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能的研究[D]. 吉林大学, 2014；Zhao D, Sheng G, Chen C, et al.Enhanced photocatalytic degradation of methylene blue under visibleirradiation on graphene@TiO₂, dyade structure[J]. Applied Catalysis BEnvironmental, 2012, s 111–112(2):303-308.）；石墨烯与ZnFe₂O₄复合，两者之间能产生协同效应，有助于得到高活性、高选择性的催化剂，应用于催化氧化具有很好的效果（Fu Y,Wang X. Magnetically Separable ZnFe2O4–Graphene Catalyst and its HighPhotocatalytic Performance under Visible Light Irradiation[J]. Industrial &Engineering Chemistry Research, 2011, 50(12）。在此基础上，若将铜纳米粒子负载在石墨烯上，然后与活性炭复合制备出颗粒，则有望得提高其对于有机染料污染物的降解速率、对空气中含有的苯、甲醛、一氧化氮、二氧化硫等有害物质，进行分类处理，通过各组分相互协同作用，能够有效去除环境中的各种有害成分，净化效果好，成本低，适合大规模生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种石墨烯/铜/活性炭复合材料的制备方法，该方法不添加任何表面活性剂，加入石墨烯使铜纳米颗粒分散均匀，从而使铜在活性炭中负载量多，实现其催化活性；同时能够优化活性炭的中孔结构，提高活性炭的比表面积，使材料具有更优异的性能。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种石墨烯/铜/活性炭复合材料的制备方法，先以石墨烯为载体，纳米铜分布在石墨烯表面，然后将其与活性炭复合，最终制备出石墨烯/铜/活性炭复合颗粒，具体包括下述步骤：

（1）取氧化石墨烯，溶于去离子水中，经搅拌、超声后，制得氧化石墨烯水溶液，质量浓度为0.05~3%，待用；