专利名称：一种石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料，特别是一种石墨烯基四氧化三铁复合材料的制备方法，属于新型碳基纳米复合材料技术领域。
背景技术：
英国Manchester大学A. K. Geim研究组用力学剥离方法首次制备出了石墨烯(graphene)材料；石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，具有六边形的蜂窝状结构是构成其他碳纳米材料(碳纳米管、石墨、足球烯)的基本材料，石墨烯具有优异的物理性能，如较高的机械强度(>1060GPa)，导热系数(3000 W · πΓ1 · K)，电子迁移率(15000cm2 · T1 · S—1)，以及比表面(2600m2 · g)，有望在纳电子学、能源、环境、生物医学等领域得到应用。如何对石墨烯进行有效的功能化，赋予其新的性质和功能，拓展其应用领域，是当今研究石墨烯材料研究的热点，近年来氧化石墨烯和金属纳米粒子(金，钼等)，磁性纳米粒子(氧化镍，氧化钻，四氧化三铁等)的复合材料的制备以及其在材料、化学、生物医学等领域的应用研究发展迅速，磁功能化的石墨烯复合材料具有光限幅特性，磁介导的靶向载药，磁共振成像等应用而备受瞩目；磁性纳米粒子/氧化石墨烯复合材料大多是采用原位还原乙酰丙酮合铁而制备的，陈永胜课题组通过化学沉淀法制备了磁性纳米粒子一氧化石墨烯复合材料；俞书宏课题组通过在聚苯乙烯磺酸钠(Pss)包裹的氧化石墨烯(GO)溶液中高温分解乙酞丙酮合铁来制备磁性纳米粒子一氧化石墨烯复合材料的，其使复合材料表面接上了不同含量的磁性纳米粒子，并研究了其作为磁共振成像造影剂等方面，最近Chan等通过化学交联法合成了磁性纳米粒子/氧化石墨烯复合材料，并初步研究了其在去除污水中污染物方面的应用；以上工作大都存一定缺陷，如复合材料中磁性纳米粒子的粒径分布不均，复合材料的饱和磁化强度低，在石墨烯上的担载率不能有效控制等，这些都限制了磁性纳米粒子一氧化石墨烯复合材料在不同领域的广泛应用，因此寻找低成本、环境友好的石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法仍然是目前研究的热点，目前采用低温水解法制备石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的研究未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，该 方法能够使石墨烯担载上粒径均匀、形貌可控的四氧化三铁纳米颗粒；所制备
的石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料具有大的比表面积和高的饱和磁感应强度，用作污水处理剂时，具有良好的染料和重金属离子吸附能力。同时要求工艺简单、成本低廉，适合工业化生产。实现本发明的技术方案是以氧化石墨、可溶性高铁盐和还原剂肼为原料，先
超声混合均匀后，然后在一定温度下水解反应一步制备石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料，其具体步骤为
(I)将可溶性高铁盐溶于去离子水中，搅拌均匀后得到高铁盐溶液，其浓度范围为O.Olmol/L-lmol/L。(2)将氧化石墨加入到高铁盐溶液中，使氧化石墨均匀分散到高铁盐溶液中得到混合溶液1，氧化石墨烯与高铁盐的的质量比为1:100 - 1:1000。(3)将还原剂滴加到混合溶液I中，于60_150°C搅拌30-240分钟，还原剂的加入
质量与高铁盐的质量相同。(4)将反应所得到的产物分别用去离子水清洗，真空干燥后得到石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。步骤(I)中所用的可溶性高铁盐为氯化铁，硝酸铁或硫酸高铁。
步骤(3)中的还原剂是水合肼。步骤(2)中超声30-60分钟使氧化石墨均匀分散到高铁盐溶液中。本发明的特点是通过超声将三种原料均匀混合，然后利用水解反应一步制得石 墨烯基四氧化三铁纳米复合材料，其优点是原料廉价，反应温度低，反应时间短，
制备过程简单安全，所得产物中，四氧化三铁纳米粒子均匀分散到石墨烯表面，
避免了石墨烯的二次堆砌。
图I是本发明的TEM照片，由图可见，实施例I中得到的石墨烯基四氧化三 铁纳米复合材料中四氧化三铁成棒状，棒长约为100纳米，棒直径约为15纳米，这些纳
米棒均勻的担载在石墨烯表面；
图2是本发明石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的磁滞曲线，由图可见，实施例I中所得复合材料是超顺磁材料，磁饱和强度为41. 5 emu/g ；
图3是本发明石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料用作吸附剂时对染料刚果红的吸附效果图，刚果红浓度为100mg/L，石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的量为0. 5g/L，吸附时间为80分钟，从左到右的吸附时间依次是0 min ；20 min ；40 min ； 60 min ；80 min,由图可见，实施例I中所得复合材料具有优良的吸附染料功能；
图4是本发明的TEM照片，由图可见，实施例2中得到的石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料中四氧化三铁成棒状，棒长约为150纳米，棒直径约为20纳米，这些纳米棒均勻的担载在石墨烯表面；
图5是本发明的TEM照片，由图可见，实施例3中得到的石墨烯基四氧化三 铁纳米复合材料中四氧化三铁成棒状和颗粒状，这些纳米粒子均匀的担载在石墨烯表
面；
图6是本发明的TEM照片，由图可见，实施例4中得到的石墨烯基四氧化三 铁纳米复合材料中四氧化三铁成颗粒状，这些纳米粒子均匀的担载在石墨烯表面。
具体实施例方式下面结合具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明；应理解，这些实施 例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例一
将0.01 mo I的六水合三氯化铁加入到100 mL去离子水中，搅拌溶解完全后将10 mg氧化石墨加入到六水合三氯化铁的水溶液中，超声I小时后，向反应体系中逐滴加入2. 705 g的水合肼，最后将此混合溶液在搅拌下于100 V反应2小时，将水解产物用去离子水离心清洗数次，真空干燥后，得到石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。实施例二
将O. 05 mo I的硝酸铁加入到100 mL去离子水中，搅拌溶解完全后将15 mg氧化石墨加入硝酸铁的水溶液中，超声I小时后，向反应体系中逐滴加入12. 10 g的水合肼，最后将此混合溶液在搅拌下于60 °C反应4小时，将水解产物用去离子水离心清洗数次，真空干燥后，得到石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。实施例三
将O. 03 mo I的硫酸高铁加入到100 mL去离子水中，搅拌溶解完全后将20 mg氧化石墨加入到硫酸高铁的水溶液中，超声I小时后，向反应体系中逐滴加入12. 00 g的水合肼，最后将此混合溶液在搅拌下于150 V反应I小时，将水解产物用去离子水离心 清洗数次，真空干燥后，得到石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。实施例四
将O. I mo I的六水合三氯化铁加入到100 mL去离子水中，搅拌溶解完全后将50 mg氧化石墨加入到六水合三氯化铁的水溶液中，超声I小时后，向反应体系中逐滴加入27. 05 g的水合肼，最后将此混合溶液在搅拌下于100 V反应4小时，将水解产物用去离子水离心清洗数次，真空干燥后，得到石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。
权利要求
1.一种石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)将可溶性高铁盐溶于去离子水中，搅拌均匀后得到高铁盐溶液，其浓度范围为O.Olmol/L-lmol/L ； (2)将氧化石墨加入到高铁盐溶液中，使氧化石墨均匀分散到高铁盐溶液中得到混合溶液1，氧化石墨烯与高铁盐的的质量比为1:100 - 1:1000 ； (3)将还原剂滴加到混合溶液I中，于60-150°C搅拌30-240分钟，还原剂的加入质量与闻铁盐的质量相同； (4)将反应所得到的产物分别用去离子水清洗，真空干燥后得到石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料。
2.如权利要求I所述的一种石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，其特 征在于所述步骤(I)中所用的可溶性高铁盐为氯化铁，硝酸铁或硫酸高铁。
3.如权利要求I所述的一种石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，其特 征在于所述步骤(3)中的还原剂是水合肼。
4.如权利要求I所述的一种石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料的制备方法，其特 征在于所述步骤(2)中超声30-60分钟使氧化石墨均匀分散到高铁盐溶液中。
全文摘要
本发明涉及一种石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料，特别是一种石墨烯基四氧化三铁复合材料的制备方法，属于新型碳基纳米复合材料技术领域。实现本发明的技术方案是以氧化石墨、可溶性高铁盐和还原剂肼为原料，先超声混合均匀后，然后在一定温度下水解反应一步制备石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料，该方法能够使石墨烯担载上粒径均匀、形貌可控的四氧化三铁纳米颗粒；所制备的石墨烯基四氧化三铁纳米复合材料具有大的比表面积和高的饱和磁感应强度，用作污水处理剂时，具有良好的染料和重金属离子吸附能力。同时要求工艺简单、成本低廉，适合工业化生产。
文档编号C01B31/04GK102826613SQ20121029728
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者宋浩杰, 张玲美, 张洒洒, 贾晓华, 闵春英 申请人:江苏大学