[发明专利]一种高催化活性的改性石墨烯材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高催化活性的改性石墨烯材料及其制备方法。所述制备方法可包括步骤：用清洗液清洗氧化石墨，过滤，得滤饼；将滤饼与水混合，搅拌，得浆糊状产物；将浆糊状产物进行金属或非金属掺杂，得掺杂产物；将掺杂产物在低温、低湿和真空条件下进行冷冻干燥，得冷干产物；将冷干产物进行退火处理，得高改性石墨烯材料。所述改性石墨烯材料包括采用上述方法制备出的材料。本发明有益效果包括：制备方法简便、成本低；石墨烯材料具有高催化活性，能将河流中V类指标化学需氧量、氨氮和总磷分别降至37、1和0.14(mg/L)，黑臭指标溶解氧增至9.43mg/L、悬浮物降至3.42mg/L，可初步实现劣V类和黑臭水体双消除。

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，特别地，涉及一种具有高催化活性的改性石墨烯材料及其制备方法。

背景技术

随着对环境污染的重视，能够净化水质的环保材料越来越受人们的欢迎。目前在环境治理方面，石墨烯材料因为具有优异的比表面积可以用作吸附材料，但其相对于传统材料并不具备市场竞争力。石墨烯也可应用于催化领域，其主要用作电催化水分解、氧还原、二氧化碳还氮还原(即将二氧化碳还原成为一氧化碳、烯烃、烷类等)等等；目前，关于石墨烯对环境催化的研究相对较少，且实际应用方面的缺口相对较大。目前石墨烯用于水处理主要集中在光催化净化水体技术，但是这种石墨烯材料需要制备成薄膜，放在水体表面，仅仅依靠白日光照射在薄膜表面，激发电子跃迁，产生活性物质，从而去除水中的污染物，这种方式水体净化时间缓慢，效率低下，对于紫外线、光照强度不强的地方，并不具备实用性；另外，这种技术需要大面积覆盖水面，侵占水生物活动面积，并不利于生态环境的可持续发展。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够处理水体污染的高催化活性的改性石墨烯材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种高催化活性氧化石墨材料的制备方法。所述制备方法可包括以下步骤：将氧化石墨与水按照质量比1：30～50混合，搅拌，得到浆糊状产物；将所述浆糊状产物在低温、低湿和真空条件下进行冷冻干燥，得到冷干产物；将所述冷干产物进行退火处理，得到高催化活性的改性石墨烯材料。

本发明另一方面也提供了一种高催化活性的改性石墨烯材料的制备方法。所述制备方法可包括以下步骤：将氧化石墨与水按照质量比1：30～50混合，搅拌，得到浆糊状产物；将所述浆糊状产物进行掺杂，得到掺杂产物；将所述掺杂产物在低温、低湿和真空条件下进行冷冻干燥，得到冷干产物；将所述冷干产物进行退火处理，得到高催化活性的改性石墨烯材料。

根据本发明的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，在将氧化石墨与水混合之前，所述制备方法还可包括步骤：清洗氧化石墨以去除杂，例如可用清洗液清洗氧化石墨以去除杂质，清洗液包括弱极性溶剂。

根据本发明的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，所述氧化石墨中O/C比可为3～7，层数可为十数层至数十层，层间距可为

根据本发明的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，所述进行冷冻干燥的低温条件可包括温度为-60～-45℃，例如-49、-56、-59℃等，低湿条件可包括湿度小于0.5％(即相对湿度)，例如0.4％，真空条件可包括真空度为-0.95～-0.1MPa，例如-0.99MPa。

根据本发明的高催化活性的改性石墨烯材料制备方法的一个或多个示例性实施例，所述退火处理的步骤可包括：将所述冷干产物加热至300～400℃并保温1～3h，然后再加热至500～600℃并保温1～3h，冷却，得到高催化活性的改性石墨烯材料。