[发明专利]一种氧化石墨烯修饰的纳米零价铁复合材料及其超重力制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯修饰的纳米零价铁复合材料及其超重力制备方法。将氧化石墨烯与金属盐配制成混合溶液，然后与还原剂同时送入超重力反应器中反应，反应结束后磁分离反应产物，用去离子水或无水乙醇反复清洗至中性，冷冻干燥得到氧化石墨烯修饰纳米零价铁复合粒子。本发明一步制备氧化石墨烯修饰纳米零价铁复合材料，具有工艺简单、反应时间短、成本低、可规模化生产的特点，同时制备的氧化石墨烯修饰纳米零价铁复合材料分散性好、稳定性好、反应活性高、粒径小，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯修饰的纳米零价铁复合材料及其超重力制备方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，水中重金属离子污染越来越严重，由于重金属不能生物降解，且经过长期的生态积累会对人体产生严重的危害，重金属污染已经成为全球广泛关注的环境污染问题。因此开发廉价高效的方法去除水中的重金属离子，对人类的健康安全和生态环境极其重要，是未来一段时间急需解决的重要课题。纳米零价铁(NZVI)因其具有比表面积大、反应活性高、还原性强等特点，可以促进污染物的吸附还原，已成为一个备受关注的研究领域。虽然将NZVI直接用于环境中对重金属污染的修复具有显著的优势，但是由于其粒径小、活性高，在实际应用中极易发生团聚或被氧化失活，从而降低了NZVI对重金属的去除效率，这些使NZVI在实际重金属污染修复应用中受到限制。研究发现，通过在纳米零价铁体系中加入氧化石墨烯后能促进零价铁表面电子转移，加快反应速率，进一步提高纳米零价铁的反应活性；另一方面，氧化石墨烯的片层结构为纳米零价铁提供了优良的负载基底，提高了分散性。Ren等[Journal of Environmental Sciences，2018，73(11)：96-106]将氧化石墨烯加入到纳米零价铁中，研究发现加入氧化石墨烯后，其与NZVI之间的电位差，可以有效促进电子从内部转移到氧化石墨烯表面，从而提高复合材料对Cr(VI)的去除效率。

虽然NZVI在重金属污染物修复中展现了巨大的优势，但是在实际应用过程中，纳米零价铁由于纳米粒子的表面效应以及磁偶极相互作用，使得纳米颗粒易发生团聚和钝化，影响纳米零价铁复合材料在应用过程中的稳定性和活性。研究发现，通过引入特定的载体材料作为稳定剂能够显著提高纳米零价铁的活性。已有研究报道，膨润土、羧甲基纤维素钠、活性炭、多壁碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯等材料负载纳米零价铁能有效提高零价铁的反应活性。石墨烯是一种具有蜂窝状结构的二维碳材料，由于其大的比表面积以及显著的机械、电学和热性能，在材料领域成为一颗耀眼的新星。氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）作为石墨烯的一种衍生物，表面有大量的含氧官能团，包括羟基、羧基、环氧基和羰基，其中位于GO片层的上、下表面的基团主要有羟基、环氧基和羰基，位于片层边缘的基团通常是羧基。GO表面的这些含氧官能团，使其具有亲水性，加上羧基和羟基自身的电离使其表面呈现负电性质，由于带负电的GO之间的静电排斥而使GO在水溶液中分散均匀，并赋予GO可以作为良好吸附剂的特点，应用于金属、生物分子、荧光分子、药物和无机纳米颗粒的吸附去除以及载体领域，进而提高了吸附效果。