[发明专利]锰铁磁性氨基氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种锰铁磁性氨基氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用，属于功能材料技术领域。该复合材料包括主要由MnFe₂O₄纳米粒子、包覆在MnFe₂O₄粒子表面的硅材料及硅材料经氨基改性后接枝的氧化石墨烯片层构成的三维结构，其中，该硅材料包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、γ‑氨丙基三甲氧基硅烷、3‑氨丙基三乙氧基硅烷或N‑甲基‑3‑氨丙基三甲氧基硅烷中任一种。该复合材料对铅离子和镉离子具备专一识别机理，对于环境样品中重金属离子的分离分析都具有重要应用价值和现实意义。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，属于功能材料技术领域，具体地涉及一种锰铁磁性氨基氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

重金属及其化合物都具有一定的毒性，对人类健康具有极大的危害，不同的重金属对人体的危害程度和作用机理有所不同。铅通过消化道和呼吸系统进入人体后不可代谢，易在人体内累积而引发慢性中毒，对神经、造血、消化、心血管和内分泌等多个系统产生危害，从而导致贫血、智力迟钝和肾脏衰变。长期摄入含镉食品，可使肾脏发生慢性中毒，导致蛋白尿、氨基酸尿和糖尿。同时，由于镉离子取代了骨骼中的钙离子，产生软骨病，导致贫血、记忆力下降、高血压、心脏病和肿瘤等疾病。因此，去除水中的铅和镉显得尤为重要。目前，重金属离子去除方法有离子交换法、化学沉淀法、膜过滤法、电化学法和氧化还原法等，与其他方法相比，吸附法因成本低廉、处理效果好、可实现废物资源化和循环再利用等优点，被认为是非常有应用前景的重金属处理方法。对于吸附法而言，关键是寻找到一种高性能、高效率、选择性好的吸附剂，吸附剂性能的优劣决定了分离效果的好坏及分离效率的高低，新型吸附剂一直是吸附法研究的热点。理想的吸附剂应具有适用范围广、吸附容量大、吸附时间短、再生性能好和价格低廉等特点。因此，开发新型高效的吸附剂一直是国内外水中重金属处理的研究方向。

氧化石墨烯(GO)作为一种新型碳材料，具有价格低廉，来源广泛，制备简单，化学稳定性好，比表面积大和含氧官能团丰富等优点，是一种理想的吸附剂材料。但GO对重金属离子的吸附容量一般不高，且后续的分离过程困难大，难以再生，为改善GO的分离效果以及提高其对重金属离子的去除率和选择性，通常需要对GO进行功能化改性。Sitko等合成了氨基硅烷化氧化石墨烯(GO-NH2)，对Pb(II) 具有很高的吸附选择性，可检测水样中的Pb(II)含量，最低的检测限度达到9.4ng·L-1。近年中，由于磁性纳米粒子(MNP)的大表面积、高反应活性、新颖的磁性和易分离特性，使用磁性纳米粒子(MNP) 进行吸附已经得到了广泛而迅速的发展。Zhang等合成了聚丙烯酸修饰的磁性石墨烯复合材料(PAA-GO-Fe₃O₄)，该吸附剂能有效去除废水中的Pb(II)离子，重复循环使用5次后对Pb(II)的去除率仍达85％。Zhou等通过溶胶凝胶法合成了泡沫状的聚硅氧烷氧化石墨烯 (PS-GO)，PS-GO对Pb(II)的去除率高达99％。

中国发明专利(申请公布号：CN103638894A，申请公布日： 2014-03-19)公开了一种改性石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备，该制备方法包括以氧化石墨、可溶性高铁盐、二甘醇、氢氧化钠为原材料，制备石墨烯基四氧化三铁纳米颗粒，后用3-巯丙基三乙氧基硅烷对制得的纳米颗粒进行改性，制备得到改性石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。用作处理污水中的重金属时，具有良好的吸附能力，同时制备要求比较简单，具有良好的应用前景。