磁性石墨烯基氧化鋅復合材料的制備方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發明涉及磁性石墨烯基復合材料的制備方法，采用溶膠凝膠法制備氧化鋅納米粒子修飾的磁性石墨烯及其在光催化領域的應用。
【【背景技術】】
[0002]石墨烯作為單層石墨，具有獨特的二維結構，良好的導電性，卓越的電子移動能力，極高的比表面積，并且能夠大規模低成本生產，是制備各種功能復合材料的一種重要組成成分。
[0003]磁性石墨烯是一種新型石墨烯復合材料，有著極強的吸附劑性能，分離簡單，能耗小，相比于傳統的分離方法，例如過濾、離心、重力沉降，只要外加磁場就可以高效分離磁性石墨烯吸附劑。把磁性納米微球與石墨烯結合在一起不但使石墨烯易于分離，而且負載在其上的磁性納米微球能夠有效地避免和降低石墨烯片層團聚和堆疊，磁性納米粒子與鄰近石墨烯片層的空間效應還能提供盡可能多的可利用的表面積以提高吸附能力。
[0004]在眾多納米材料中，氧化鋅作為逐漸興起的一種新型半導體材料，其具有禁帶寬、激子束縛能高、無毒、成本低、抗輻射能力強和機電耦合性能好等特點，被廣泛應用在催化劑、光電設備、傳感器等領域。在光催化的應用上，對于染料的降解氧化鋅展現出了非常高的催化性能。但是氧化鋅作為光催化劑在使用后不易分離回收，在光照下，光生電子和空穴的快速復合和較低的光子利用效率，限制了其在實際中的應用。
[0005]因此，將氧化鋅納米粒子負載在磁性石墨烯上作為光催化劑降解染料，把磁性石墨烯良好的吸附性、電子轉移能力以及易于回收的優點，和納米氧化鋅卓越的光催化能力結合在一起，克服了納米氧化鋅單獨作為催化劑時的缺點，提高了光催化性能。
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【發明內容】
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[0006]本發明的目的是將氧化鋅納米粒子負載于磁性石墨烯上，所制備的氧化鋅納米粒子修飾的磁性石墨烯基復合材料，集磁性石墨烯與氧化鋅納米粒子的特性于一身，表現出良好的吸附、電子轉移、光催化、易于分離等能力，提供了一種磁性石墨烯基氧化鋅復合材料的制備方法，并將其應用于光催化領域。
[0007]本發明的技術方案:
[0008]—種磁性石墨稀基氧化鋅復合材料的制備方法，首先通過溶劑熱法合成不同尺寸Fe3O4納米微球修飾的磁性石墨烯復合材料，然后通過溶膠凝膠法制備納米氧化鋅溶膠，最后以磁性石墨烯和氧化鋅溶膠為原料，通過機械攪拌，合成磁性石墨烯基氧化鋅復合材料，包括如下步驟:
[0009]I)磁性石墨烯復合材料的制備
[0010]采用溶劑熱法合成磁性石墨烯復材料:將FeCl3.6H20溶于乙二醇中，得到黃色透明溶液，加入氧化石墨烯超聲分散混合均勻，將無水醋酸鈉加入到上述溶液中，磁力攪拌30min，將溶液轉入不銹鋼反應釜中，放入烘箱中在220°C下晶化8_72h，產物用30mL乙醇洗3次，真空干燥，得到磁性石墨烯復材料；
[OO11 ] 2)不同尺寸Fe304納米微球修飾的磁性石墨稀復合材料的制備
[0012]采用溶劑熱法合成不同尺寸Fe3(k納米微球修飾的磁性石墨稀復合材料:將FeCl3.6H20溶于不同體積比乙二醇/聚乙二醇的混合溶液中，超聲攪拌均勻得黃色透明溶液后，加入氧化石墨烯，超聲分散混合均勻，后加入無水醋酸鈉，超聲攪拌30min，將溶液轉入不銹鋼反應釜中，放入烘箱中在220°C下晶化8-72h，冷卻后將所得黑色絮狀物質用30mL乙醇反復磁分離洗滌3次，真空干燥，得到不同尺寸Fe3(k納米微球修飾的磁性石墨稀復合材料；
[0013]3)納米氧化鋅溶膠的制備
[0014]納米氧化鋅溶膠的制備:將一定質量的Zn(AC)2.2H20溶于無水乙醇中，在60°C下回流3h使其充分溶解；同時稱取一定量的L1H.H2O溶于另一無水乙醇中，超聲分散均勻。最后將兩溶液混合后在0°C下劇烈攪拌30min后得到無色透明的氧化鋅溶膠；
[0015]4)磁性石墨烯基氧化鋅復合材料的制備
[0016]磁性石墨烯基氧化鋅復合材料的制備:將不同質量的磁性石墨烯，超聲分散在氧化鋅溶膠中，超聲20min后，在懸浮液中加入相對于無水乙醇4倍體積的正庚烷，劇烈攪拌均勻后靜置過夜，并利用磁鐵使所得的復合材料快速沉淀下來。最后倒去上清液，并用無水乙醇洗滌，真空干燥，得到磁性石墨烯基氧化鋅復合材料。
[0017]所述FeCl3.6H20、乙二醇、氧化石墨烯、無水乙酸鈉、去離子水和乙醇的用量比為Immo1:20_50mL:50-200mg:2-8mmο1:3OmL:3OmL。
[0018]所述乙二醇/聚乙二醇混合溶液體積比分別為1:1，1:9，9:1，1:4，4:1，3:7，7:3，3:2,2:3,1:19ο
[0019]所述Zn(AC)2.2H20、Li0H.H20、無水乙醇、磁性石墨烯和正庚烷的用量比為6mmol:Bmmol:15mL:25-1OOmg:120mLo
[0020]一種所制備的磁性石墨烯基氧化鋅復合材料的光催化應用，具體方法是:分別稱取20mg磁性石墨烯復合材料、氧化鋅和磁性石墨烯基氧化鋅復合材料分別溶于去離子水制成的20mL濃度為10mg/L的羅丹明B水溶液，將各水溶液分別超聲30min得到均一的懸濁液使其達到吸附平衡;然后放入光催化反應器中光照反應0.5h;反應后測量溶液中羅丹明B的紫外吸光度，根據反應前后溶液中羅丹明B的吸光度變化判斷該磁性石墨烯基氧化鋅復合材料的光催化性能的好壞。
[0021]本發明的優點:本發明提供的磁性石墨烯基氧化鋅復合材料的制備方法，工藝合理、易于實施;本法制備的磁性石墨烯基氧化鋅復合材料作為光催化劑降解染料時表現出良好的催化性能;該制備方法集磁性石墨烯與納米氧化鋅粒子的特性于一身，表現出良好的吸附性、高的電子移動能力以及易于回收的優點，和卓越的光催化能力，拓寬了磁性石墨烯復合材料在光催化應用領域的范圍。
【【附圖說明】】
[0022]圖1為不同尺寸Fe3O4納米微球修飾磁性石墨烯的掃描電鏡圖。
[0023]圖2為以不同質量的磁性石墨烯制備的磁性石墨烯基氧化鋅復合材料的透射電鏡圖。
[0024]圖3為磁性石墨烯和磁性石墨烯基氧化鋅復合材料的XRD圖。
[0025]圖4為以不同質量的磁性石墨烯制備的磁性石墨烯基氧化鋅復合材料光催化降解羅丹明B后，羅丹明B溶液的紫外吸收光譜圖。
【【具體實施方式】】
[0026]實施例:
[0027 ] 一種磁性石墨稀基氧化鋅復合材料的制備方法，首先通過溶劑熱法合成不同尺寸Fe3O4納米微球修飾的磁性石墨烯復合材料，然后通過溶膠凝膠法制備納米氧化鋅溶膠，最后以磁性石墨烯和氧化鋅溶膠為原料，通過機械攪拌，合成磁性石墨烯基氧化鋅復合材料，包括如下步驟:
[0028]I)磁性石墨烯復合材料的制備
[0〇29] 采用溶劑熱法合成磁性石墨稀復材料:將lmmol FeCb.6H2O溶于40ml乙二醇中，得到黃色透明溶液，加入10mg氧化石墨烯超聲分散混合均勻，將5mmol無水醋酸鈉加入到上述溶液中，磁力攪拌30min，將溶液轉入不銹鋼反應釜中，放入烘箱中在220°C下晶化48h，產物用30mL乙醇洗3次，真空干燥，得到磁性石墨烯復材料。
[0030 ] 2)不同尺寸Fe 3Ο4納米微球修飾的磁性石墨稀復合材料的制備[0031 ]采用溶劑熱法合成不同尺寸Fe3(k納米微球修飾的磁性石墨稀復合材料:將ImmolFeCl3.6出0溶于體積比為1:9、3:7、1:1和4:1的乙二醇/聚乙二醇的混合溶液中，超聲攪拌均勾得黃色透明溶液后，加入10mg氧化石墨稀，超聲分散混合均勾，后加入5mmol無水醋酸鈉，超聲攪拌30min，將溶液轉入不銹鋼反應釜中，放入烘箱