一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法。该方法包括以下步骤：在石英舟中均匀铺上氧化石墨，盖上另一只石英舟半封闭；将其置入石英管中央，将石英管伸入管式炉中。通入氩气作为保护气体，15min后启动程序升温，以10℃/min的升温速率，令炉温升至200℃～1000℃，并保持温度1h，其后自然冷却至室温，获得石墨烯。该制备方法操作简单，环境友好，生产周期短；制备的石墨烯有良好的热稳定性并具有高比表面积，对水中污染物有良好的吸附作用。
【专利说明】
一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法
技术领域
[0001]本发明旨在发明一种简单易行的制备可用作吸附剂的石墨烯的制备方法。
【背景技术】
[0002]吸附法由于拥有设计简单、操作方便和成本低廉等优势，是当前去除水中污染物最常用的方法之一。目前常用的吸附剂种类包括炭类、腐殖酸类、矿物类、高分子类等。纳米材料由于其较大的比表面积，在吸附中的得到了越来越广泛的研究。其中，碳纳米材料石墨烯，是理想的吸附材料。现有的石墨烯制备方法有微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法等，制得的石墨烯品质较高但存在生产成本高、制备过程复杂、生产周期长以及难以大规模制备等问题，在实际应用中存在诸多局限性。
[0003]为此，本发明首次以热还原氧化石墨以氧化石墨为原料直接在惰性气体中自身还原生成石墨烯，操作简单、生产周期短同时生产成本较低。
【发明内容】
[0004]本发明目的为解决现有技术中的问题，提供一种简单易行、生产周期短且低成本的制备可用作吸附剂的石墨烯的制备方法。
[0005]为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是:
[0006](I)在石英舟中均匀铺上氧化石墨，盖上另一只石英舟半封闭；将其置入石英管中央，将石英管伸入管式炉中；
[0007](2)向管式炉的石英管中通入氩气作为保护气体，并加热；所述加热温度为200°C?1000°C，升温速率为10°C/min;
[0008](3)升温完成后，保持炉温lh，使充分氧化还原，充分膨胀剥离，自然冷却得到石墨稀。
[0009]以上技术方案原理为:氧化石墨中除了碳元素以外还存在很多含氧官能团，在惰性气氛中，隔绝空气的环境下，热处理步骤使得其中的碳和氧相互作用，发生氧化还原反应，产生小分子的C0、C02等气体分子，这些小分子逸出的同时将石墨烯片层撑开，使得材料的微观结构趋于单分子层的二维结构的石墨烯，暴露出更多的表面积。
[0010]本发明的有益效果在于:
[0011]本发明提供的制备方法工艺简单、生产周期短且成本低，生产过程不产生其它任何有害副产物，具有简单易行、经济、环境友好等优点；采用本发明提供的方法制备的石墨稀具备良好的热稳定性和高比表面积，比表面积可达477m2/g，孔容可以达到1.13cm3/g，对水中抗生素污染物具有良好的吸附能力。
【附图说明】
[0012]图1为本发明所制备的石墨烯的红外光谱图。
[0013]图2为本发明所制备的石墨烯在不同温度下的等温吸附曲线和吸附容量分析结果O
【具体实施方式】
[0014]下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
[0015]实施例1
[0016]在一只石英舟中均匀铺上氧化石墨，盖上另一只石英舟半封闭；将其推入石英管中央，将石英管伸入管式炉中。通入氩气作为保护气体，检查气密性后等待15min，然后启动程序升温，以10°C/min的升温速率，令炉温升至200°C，并保持温度lh，其后自然冷却至60°C以下停止通氩气，取样获得石墨烯。BET测试结果显示石墨烯的比表面积为272.8m2/g。
[0017]将1mg石墨烯吸附剂加入到40mL不同浓度的环丙沙星溶液中，放入25°C恒温摇床振荡24h，制得Langmuir等温吸附曲线，得到平衡吸附量，显示对环丙沙星吸附效果良好。
[0018]实施例2
[0019]本实施例与实施例1的不同之处，仅是改变了炉温温度:令炉温升至400°C。
[0020]具体为:在一只石英舟中均匀铺上氧化石墨，盖上另一只石英舟半封闭；将其推入石英管中央，将石英管伸入管式炉中。通入氩气作为保护气体，检查气密性后等待15min，然后启动程序升温，以10°C/min的升温速率，令炉温升至400°C，并保持温度lh，其后自然冷却至60°C以下停止通氩气，取样获得石墨烯。BET测试结果显示石墨烯的比表面积为318.6m2/g°
[0021]将1mg石墨烯吸附剂加入到40mL不同浓度的环丙沙星溶液中，放入25°C恒温摇床振荡24h，制得Langmuir等温吸附曲线，得到平衡吸附量，显示对环丙沙星吸附效果良好。
[0022]实施例3
[0023]本实施例与实施例1的不同之处，仅是改变了炉温温度:令炉温升至600°C。
[0024]具体为:在一只石英舟中均匀铺上氧化石墨，盖上另一只石英舟半封闭；将其推入石英管中央，将石英管伸入管式炉中。通入氩气作为保护气体，检查气密性后等待15min，然后启动程序升温，以10°C/min的升温速率，令炉温升至600°C，并保持温度lh，其后自然冷却至60 0C以下停止通氩气，取样获得石墨烯。
[0025]将1mg石墨烯吸附剂加入到40mL不同浓度的环丙沙星溶液中，放入25°C恒温摇床振荡24h，制得Langmuir等温吸附曲线，得到平衡吸附量，显示对环丙沙星吸附效果良好。BET测试结果显示石墨烯的比表面积为399.0m2/g。
[0026]实施例4
[0027]本实施例与实施例1的不同之处，仅是改变了炉温温度:令炉温升至800°C。
[0028]具体为:在一只石英舟中均匀铺上氧化石墨，盖上另一只石英舟半封闭；将其推入石英管中央，将石英管伸入管式炉中。通入氩气作为保护气体，检查气密性后等待15min，然后启动程序升温，以10°C/min的升温速率，令炉温升至800°C，并保持温度lh，其后自然冷却至60 0C以下停止通氩气，取样获得石墨烯。
[0029]将1mg石墨烯吸附剂加入到40mL不同浓度的环丙沙星溶液中，放入25°C恒温摇床振荡24h，制得Langmuir等温吸附曲线，得到平衡吸附量，显示对环丙沙星吸附效果良好。BET测试结果显示石墨烯的比表面积为442.5m2/g。
[0030]实施例5(最优)
[0031]本实施例与实施例1的不同之处，仅是改变了炉温温度:令炉温升至1000°C。
[0032]具体为:在一只石英舟中均匀铺上氧化石墨，盖上另一只石英舟半封闭；将其推入石英管中央，将石英管伸入管式炉中。通入氩气作为保护气体，检查气密性后等待15min，然后启动程序升温，以10°C/min的升温速率，令炉温升至1000°C，并保持温度lh，其后自然冷却至60°C以下停止通氩气，取样获得石墨烯。BET测试结果显示石墨烯的比表面积为477.0m2/gο
[0033]将1mg石墨烯吸附剂加入到40mL不同浓度的环丙沙星溶液中，放入15°C、25°C和40 °C恒温摇床振荡24h，制得Langmuir等温吸附曲线，如图2所示，是实施例5的石墨稀在不同温度下的等温吸附曲线和吸附容量分析结果，显示对环丙沙星吸附效果良好。
[0034]本实施例制得的石墨烯具有良好的热稳定性，具有高比表面积和对抗生素等污染物具有良好的吸附性能。图2的等温吸附曲线所得出的Qm达到300多，说明吸附性能良好。
[0035]综上，将各个实施例制备的石墨烯进行红外表征如图1所示，随着热处理温度的提尚，含氧官能团含量减少，c/ο逐渐提尚。
[0036]如图1所示，为五个实施例所得的石墨烯材料的红外光谱图。横坐标为波数，纵坐标为透光率，这是一种观察材料官能团种类和定性观察官能团相对含量的测试方法。随着热处理温度的升高，红外谱图的各个峰强度减弱，说明含氧官能团数量相对减少，氧的相对含量减少，说明氧化还原更彻底。更多小分子的逸出提供更多使石墨烯片层撑开的作用力，与比表面积随热处理温度的提高而增大的结果相一致。
【主权项】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤为:在石英舟放入氧化石墨盖上另一石英舟半封闭，放入管式炉中；以氩气为保护气体，程序升温，升温速率10°c/min，令炉温升至200 0C?1000 0C，并保持温度Ih，其后自然冷却至室温，获得石墨烯。2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于:以氩气为保护气体，流量小于0.3L/min,在启动程序升温前，时间不少于15min。3.根据权利要求1所述的石墨稀的制备方法，其特征在于:令石墨稀材料自然冷却至60°C以下停止通氩气。4.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于:制得的石墨烯具有良好的热稳定性，具有高比表面积和对抗生素等污染物具有良好的吸附性能。
【文档编号】B01J20/20GK105854803SQ201610327292
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】马杰, 陈晓燕, 陈君红, 庄媛
【申请人】同济大学