[发明专利]一种三维氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种三维氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：步骤1：以鳞片石墨为原料，制备氧化石墨烯溶液；步骤2：将2‑氨基苯并噻唑加入到步骤1得到的氧化石墨烯溶液中，搅拌、超声混合均匀，然后高温高压下进行自组装反应，再经冷冻干燥得到复合材料。本发明制备方法简单，通过2‑氨基苯并噻唑的π‑π作用和氢键与氧化石墨烯在高温高压下发生相互作用，有效避免氧化石墨烯基底的团聚，形成稳定的三维柱状结构，对稀土离子有良好的吸附效果，重复利用性好，可实现在吸附过程中的再生和循环使用性能，可大大降低吸附材料的成本。该复合材料有望成为广泛应用的稀土富集回收的先进吸附材料。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料技术领域，特别涉及一种三维氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

稀土元素以其独特的磁性、化学性、光学性、催化性和电学特性，成为超级磁铁、超导材料、化学传感器、激光、光纤、发光电池、计算机硬盘等众多高科技、传统和未来产业不可替代的先进材料。新兴先进技术的惊人发展导致了人们对稀土的过度需求，而有限的资源导致了稀土在国际市场上的昂贵价格。此外，这样的情况造成了更多采矿场所的出现，稀土元素大量的开采使其采矿过程中造成大量废渣和废水积累，严重污染周围的环境。如果废水随机排放而得不到有效的回收，将会有大量的稀土元素损失并可能危害人类健康。因此，从水溶液中进一步富集回收有价值的稀土元素在环境及技术要求中必不可少。为了解决这些问题，现已提出了多种从水溶液中分离和回收稀土的方法，包括化学沉淀，溶剂萃取，离子交换和电化学方法。然而，这些方法中大多数涉及复杂的程序，高化学毒性，昂贵的能量消耗，并且仅在高浓度稀土离子下才有效。因此，对于稀土元素的可持续供应而言开发环保、低成本的技术以富集回收稀土元素是非常紧迫且必不可少的。吸附法操作简便，设计灵活，无毒且易于回收，被普遍认为是一种经济，环保，高效的稀土离子回收技术。各种吸附剂，包括粘土，沸石，活性炭，壳聚糖，β-环糊精，二氧化硅和纳米复合材料等已广泛用于稀土元素的吸附回收。

为了进一步改善吸附剂对稀土元素的分离富集能力，探索出一种制备简单、吸附能力好、易于回收、重复利用性能好的吸附材料迫在眉睫。

发明内容

本发明提供了一种三维氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用，其目的是为了提供一种制备简单、吸附能力好、易于回收、重复利用性能好的复合材料及其制备方法，实现水溶液中稀土离子的有效富集回收。

为了达到上述目的，本发明提供了一种三维氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：以鳞片石墨为原料，制备氧化石墨烯溶液；

步骤2：将2-氨基苯并噻唑加入到步骤1得到的氧化石墨烯溶液中，搅拌、超声混合均匀，然后高温高压下进行自组装反应，再经冷冻干燥得到复合材料。

优选地，所述步骤1中，采用改良的Hummers法，制备得到3～12mg/mL的氧化石墨烯溶液。

优选地，所述步骤2中，氧化石墨烯与2-氨基苯并噻唑的质量比为1:1～30:1。

优选地，所述步骤2中，搅拌时间为1～20min，超声时间为5～60min。

优选地，所述步骤2中，高温高压条件由烘箱与高温高压反应釜提供，反应温度为100～200℃，反应时间为2～10h。

优选地，所述步骤2中，反应完成后自然冷却至室温，向所得复合材料中加入超纯水至产物浓度为10～20mg/mL并转移至-50℃条件下的速冻机中速冻后，最后转移至真空冷冻干燥机中进行干燥。

本发明还提供了一种由上述方法制备而得的三维氧化石墨烯复合材料。

本发明还提供了一种上述三维氧化石墨烯复合材料在高效回收水溶液中稀土离子的应用。

优选地，所述稀土离子为相应的氯化盐，吸附质浓度为1～100mg/L。