[发明专利]一种吸附染料的铁镍/石墨烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了属于磁性金属‑碳纳米复合材料及其制备技术领域的一种高效吸附亚甲基蓝、甲基橙、刚果红和乙基紫等有机染料的多孔铁镍合金(FeNi)/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料及其制备方法。采用化学还原法对二价铁离子、二价镍离子和氧化石墨烯共还原并形成多孔FeNi纳米颗粒钉扎在rGO表面上得到结构均匀的FeNi/rGO磁性纳米复合结构。这种磁性纳米复合结构同时具有优良的电磁特性、大比表面积和高表面活性，对有机染料有着优良的吸附性能，适用于对工业染料和废水的吸附与净化场合。本发明具有原料来源丰富、工艺过程简单、制备工艺易调控、对环境友好、可重复利用且适宜工业化生产等特点。

技术领域

本发明属于磁性金属-碳纳米复合材料及其制备技术领域，特别涉及多孔铁镍合金(FeNi)/还原氧化石墨烯(rGO)磁性纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

当金属或氧化物磁性颗粒的尺寸减小到纳米尺度范围时，能表现出一些不同于大粒径颗粒或块体材料的一些物理性质，比如表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等；同时也表现出不同于常规磁性材料的磁学性能。纳米磁性材料由于其纳米尺寸效应所获得优良的物理和化学特性，使得其在催化反应、电磁波吸波、环境净化以及生物医学等领域有着广泛的应用前景。由于制备条件和应用环境的限制，纳米磁性材料也具有易团聚、易氧化和稳定性差等缺点，通过材料复合的方式制备复合磁性材料是改善其结构和性能不足的重要手段。研究表明，纳米碳材料(纳米碳管、石墨烯以及其他碳纳米结构)具有优良的机械性能、电性能以及热稳定性，通过合适的制备工艺将磁性纳米颗粒与纳米碳复合制备出具有优良电磁特性、大比表面积、高表面活性的纳米磁性复合材料，可以拓展纳米磁性材料的应用范围。近年来，磁性吸附材料由于具有吸附能力强、易于分离和可重复利用等优点，作为一种新型的环境净化材料得到了广泛的研究，在工业污水和生活废水处理中有着潜在的应用前景。

采用合理的复合工艺将多孔FeNi与rGO复合制备成FeNi/rGO纳米复合材料，由于该复合材料具备良好的电磁性能、大比表面积、高表面活性和良好稳定性，且对工业废水中的亚甲基蓝、甲基橙、刚果红和乙基紫等有机染料表现出了优良的吸附效果；通过调控FeNi/rGO纳米复合材料中铁元素和镍元素的比例以及FeNi和rGO配比，调整其磁性和吸附特性，作为一种高效的有机染料吸附材料，有望在工业污水处理上得到实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良电磁特性、大比表面积、高表面活性的多孔FeNi/rGO磁性纳米复合材料及其制备技术，采用化学还原法对二价Fe离子、二价Ni离子和氧化石墨烯共还原后形成多孔的非晶态纳米FeNi多孔颗粒，均匀地钉扎在rGO表面上，制备出了结构均匀的FeNi/rGO磁性纳米复合结构。这种多孔FeNi/rGO磁性纳米复合材料对亚甲基蓝、甲基橙、刚果红和乙基紫等有机染料表现出了良好吸附特性，适用于对工业染料和废水的吸附与净化场合。

本发明的技术方案如下文所示：

一种多孔铁镍合金(FeNi)/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料，其特征在于：该FeNi/rGO磁性纳米复合材料的组成为多孔FeNi纳米颗粒钉扎在rGO表面；其中，氧化石墨烯的质量分数为3％～13％，FeNi纳米颗粒的质量分数为87％～97％，FeNi纳米颗粒中Fe和Ni元素为任意摩尔比，FeNi纳米颗粒的平均粒径为30～40nm。采用化学还原法使多孔FeNi纳米颗粒均匀地钉扎并生长在rGO表面，制备出了结构均匀的FeNi/rGO磁性纳米复合材料。

该FeNi/rGO磁性纳米复合结构具有优良电磁特性、大比表面积、高表面活性和良好的吸附特性，可以作为一种工业废水中亚甲基蓝、甲基橙、刚果红和乙基紫等有机染料的吸附剂。在吸附亚甲基蓝溶液实验中，将成分为FeNi/5％rGO(rGO的质量分数为5％，以下类同)磁性纳米复合材料作为吸附剂用于吸附水溶液中亚甲基蓝，在10mL浓度为0.075g/L的亚甲基蓝溶液里，在吸附剂质量为4mg和吸附时间为45分钟时，吸附率可达90％以上；当吸附时间为80分钟时，吸附率接近100％。吸附剂通过磁分离后，可重复利用。