專(zhuān)利名稱(chēng)：一種石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料，特別是一種石墨烯基四氧化三鐵復(fù)合材料的制備方法，屬于新型碳基納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
英國(guó)Manchester大學(xué)A. K. Geim研究組用力學(xué)剝離方法首次制備出了石墨烯(graphene)材料；石墨烯是由碳原子構(gòu)成的二維晶體，具有六邊形的蜂窩狀結(jié)構(gòu)是構(gòu)成其他碳納米材料(碳納米管、石墨、足球烯)的基本材料，石墨烯具有優(yōu)異的物理性能，如較高的機(jī)械強(qiáng)度(>1060GPa)，導(dǎo)熱系數(shù)(3000 W · πΓ1 · K)，電子遷移率(15000cm2 · T1 · S—1)，以及比表面(2600m2 · g)，有望在納電子學(xué)、能源、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。如何對(duì)石墨烯進(jìn)行有效的功能化，賦予其新的性質(zhì)和功能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，是當(dāng)今研究石墨烯材料研究的熱點(diǎn)，近年來(lái)氧化石墨烯和金屬納米粒子(金，鉬等)，磁性納米粒子(氧化鎳，氧化鉆，四氧化三鐵等)的復(fù)合材料的制備以及其在材料、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究發(fā)展迅速，磁功能化的石墨烯復(fù)合材料具有光限幅特性，磁介導(dǎo)的靶向載藥，磁共振成像等應(yīng)用而備受矚目；磁性納米粒子/氧化石墨烯復(fù)合材料大多是采用原位還原乙酰丙酮合鐵而制備的，陳永勝課題組通過(guò)化學(xué)沉淀法制備了磁性納米粒子一氧化石墨烯復(fù)合材料；俞書(shū)宏課題組通過(guò)在聚苯乙烯磺酸鈉(Pss)包裹的氧化石墨烯(GO)溶液中高溫分解乙酞丙酮合鐵來(lái)制備磁性納米粒子一氧化石墨烯復(fù)合材料的，其使復(fù)合材料表面接上了不同含量的磁性納米粒子，并研究了其作為磁共振成像造影劑等方面，最近Chan等通過(guò)化學(xué)交聯(lián)法合成了磁性納米粒子/氧化石墨烯復(fù)合材料，并初步研究了其在去除污水中污染物方面的應(yīng)用；以上工作大都存一定缺陷，如復(fù)合材料中磁性納米粒子的粒徑分布不均，復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度低，在石墨烯上的擔(dān)載率不能有效控制等，這些都限制了磁性納米粒子一氧化石墨烯復(fù)合材料在不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，因此尋找低成本、環(huán)境友好的石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的制備方法仍然是目前研究的熱點(diǎn)，目前采用低溫水解法制備石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的研究未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的制備方法，該 方法能夠使石墨烯擔(dān)載上粒徑均勻、形貌可控的四氧化三鐵納米顆粒；所制備
的石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料具有大的比表面積和高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，用作污水處理劑時(shí)，具有良好的染料和重金屬離子吸附能力。同時(shí)要求工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是以氧化石墨、可溶性高鐵鹽和還原劑肼為原料，先
超聲混合均勻后，然后在一定溫度下水解反應(yīng)一步制備石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料，其具體步驟為
(I)將可溶性高鐵鹽溶于去離子水中，攪拌均勻后得到高鐵鹽溶液，其濃度范圍為O.Olmol/L-lmol/L。(2)將氧化石墨加入到高鐵鹽溶液中，使氧化石墨均勻分散到高鐵鹽溶液中得到混合溶液1，氧化石墨烯與高鐵鹽的的質(zhì)量比為1:100 - 1:1000。(3)將還原劑滴加到混合溶液I中，于60_150°C攪拌30-240分鐘，還原劑的加入
質(zhì)量與高鐵鹽的質(zhì)量相同。(4)將反應(yīng)所得到的產(chǎn)物分別用去離子水清洗，真空干燥后得到石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料。步驟(I)中所用的可溶性高鐵鹽為氯化鐵，硝酸鐵或硫酸高鐵。
步驟(3)中的還原劑是水合肼。步驟(2)中超聲30-60分鐘使氧化石墨均勻分散到高鐵鹽溶液中。本發(fā)明的特點(diǎn)是通過(guò)超聲將三種原料均勻混合，然后利用水解反應(yīng)一步制得石 墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料，其優(yōu)點(diǎn)是原料廉價(jià)，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時(shí)間短，
制備過(guò)程簡(jiǎn)單安全，所得產(chǎn)物中，四氧化三鐵納米粒子均勻分散到石墨烯表面，
避免了石墨烯的二次堆砌。


圖I是本發(fā)明的TEM照片，由圖可見(jiàn)，實(shí)施例I中得到的石墨烯基四氧化三 鐵納米復(fù)合材料中四氧化三鐵成棒狀，棒長(zhǎng)約為100納米，棒直徑約為15納米，這些納
米棒均勻的擔(dān)載在石墨烯表面；
圖2是本發(fā)明石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的磁滯曲線，由圖可見(jiàn)，實(shí)施例I中所得復(fù)合材料是超順磁材料，磁飽和強(qiáng)度為41. 5 emu/g ；
圖3是本發(fā)明石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料用作吸附劑時(shí)對(duì)染料剛果紅的吸附效果圖，剛果紅濃度為100mg/L，石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的量為0. 5g/L，吸附時(shí)間為80分鐘，從左到右的吸附時(shí)間依次是0 min ；20 min ；40 min ； 60 min ；80 min,由圖可見(jiàn)，實(shí)施例I中所得復(fù)合材料具有優(yōu)良的吸附染料功能；
圖4是本發(fā)明的TEM照片，由圖可見(jiàn)，實(shí)施例2中得到的石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料中四氧化三鐵成棒狀，棒長(zhǎng)約為150納米，棒直徑約為20納米，這些納米棒均勻的擔(dān)載在石墨烯表面；
圖5是本發(fā)明的TEM照片，由圖可見(jiàn)，實(shí)施例3中得到的石墨烯基四氧化三 鐵納米復(fù)合材料中四氧化三鐵成棒狀和顆粒狀，這些納米粒子均勻的擔(dān)載在石墨烯表
面；
圖6是本發(fā)明的TEM照片，由圖可見(jiàn)，實(shí)施例4中得到的石墨烯基四氧化三 鐵納米復(fù)合材料中四氧化三鐵成顆粒狀，這些納米粒子均勻的擔(dān)載在石墨烯表面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明；應(yīng)理解，這些實(shí)施 例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例一
將0.01 mo I的六水合三氯化鐵加入到100 mL去離子水中，攪拌溶解完全后將10 mg氧化石墨加入到六水合三氯化鐵的水溶液中，超聲I小時(shí)后，向反應(yīng)體系中逐滴加入2. 705 g的水合肼，最后將此混合溶液在攪拌下于100 V反應(yīng)2小時(shí)，將水解產(chǎn)物用去離子水離心清洗數(shù)次，真空干燥后，得到石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料。實(shí)施例二
將O. 05 mo I的硝酸鐵加入到100 mL去離子水中，攪拌溶解完全后將15 mg氧化石墨加入硝酸鐵的水溶液中，超聲I小時(shí)后，向反應(yīng)體系中逐滴加入12. 10 g的水合肼，最后將此混合溶液在攪拌下于60 °C反應(yīng)4小時(shí)，將水解產(chǎn)物用去離子水離心清洗數(shù)次，真空干燥后，得到石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料。實(shí)施例三
將O. 03 mo I的硫酸高鐵加入到100 mL去離子水中，攪拌溶解完全后將20 mg氧化石墨加入到硫酸高鐵的水溶液中，超聲I小時(shí)后，向反應(yīng)體系中逐滴加入12. 00 g的水合肼，最后將此混合溶液在攪拌下于150 V反應(yīng)I小時(shí)，將水解產(chǎn)物用去離子水離心 清洗數(shù)次，真空干燥后，得到石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料。實(shí)施例四
將O. I mo I的六水合三氯化鐵加入到100 mL去離子水中，攪拌溶解完全后將50 mg氧化石墨加入到六水合三氯化鐵的水溶液中，超聲I小時(shí)后，向反應(yīng)體系中逐滴加入27. 05 g的水合肼，最后將此混合溶液在攪拌下于100 V反應(yīng)4小時(shí)，將水解產(chǎn)物用去離子水離心清洗數(shù)次，真空干燥后，得到石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟 (1)將可溶性高鐵鹽溶于去離子水中，攪拌均勻后得到高鐵鹽溶液，其濃度范圍為O.Olmol/L-lmol/L ； (2)將氧化石墨加入到高鐵鹽溶液中，使氧化石墨均勻分散到高鐵鹽溶液中得到混合溶液1，氧化石墨烯與高鐵鹽的的質(zhì)量比為1:100 - 1:1000 ； (3)將還原劑滴加到混合溶液I中，于60-150°C攪拌30-240分鐘，還原劑的加入質(zhì)量與聞鐵鹽的質(zhì)量相同； (4)將反應(yīng)所得到的產(chǎn)物分別用去離子水清洗，真空干燥后得到石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述的一種石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于所述步驟(I)中所用的可溶性高鐵鹽為氯化鐵，硝酸鐵或硫酸高鐵。
3.如權(quán)利要求I所述的一種石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于所述步驟(3)中的還原劑是水合肼。
4.如權(quán)利要求I所述的一種石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于所述步驟(2)中超聲30-60分鐘使氧化石墨均勻分散到高鐵鹽溶液中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料，特別是一種石墨烯基四氧化三鐵復(fù)合材料的制備方法，屬于新型碳基納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是以氧化石墨、可溶性高鐵鹽和還原劑肼為原料，先超聲混合均勻后，然后在一定溫度下水解反應(yīng)一步制備石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料，該方法能夠使石墨烯擔(dān)載上粒徑均勻、形貌可控的四氧化三鐵納米顆粒；所制備的石墨烯基四氧化三鐵納米復(fù)合材料具有大的比表面積和高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，用作污水處理劑時(shí)，具有良好的染料和重金屬離子吸附能力。同時(shí)要求工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102826613SQ20121029728
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者宋浩杰, 張玲美, 張灑灑, 賈曉華, 閔春英 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)