[发明专利]石墨烯-多孔陶瓷复合吸附材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯复合材料领域，具体涉及一种石墨烯-多孔陶瓷复合吸附材料及其制备方法与应用。

背景技术

多孔陶瓷作为一种吸附材料早有应用，但普通的多孔陶瓷吸附除污能力并不强。

石墨烯是一种单原子厚度的二维蜂窝状结构新型碳材料，由于其独特而奇异的各种性能，如单层石墨烯具有超凡的电子性质、热学、力学性能以及巨大的比表面积(高达2965m²/g)而受到科学家们的广泛关注与研究。特别是石墨烯巨大的比表面积在吸附除污领域具有广阔的应用前景。

石墨烯复合材料可以兼获石墨烯和基底的优异性能，虽然Thalappil Pradeep等人(Thalappil Pradeep et al.ACS Appl.Mater.interfaces 2012,4,4156-4163；Thalappil Pradeep et al.Journal of Hazardous Materials 246–247(2013)213–220)将石墨烯同沙子复合，但石墨烯仅仅只是包裹在沙粒的表面。

中国专利CN103265285A的目的在于提供一种机械稳定性导电性都良好的石墨烯-陶瓷复合材料，其先将铈盐(或锆盐)、助剂、氧化石墨烯和乙醇混合在一起超声分散均匀成石墨烯-金属氧化物复合材料，再加入有机胶粘剂溶剂研磨、烧结而制得。

中国专利CN103214274A公开了一种石墨烯/多孔陶瓷复合导电材料及其制备方法，其利用化学气相沉积法将石墨烯直接生长在多孔的陶瓷基底表面上，得到石墨烯/多孔陶瓷复合导电材料。需要说明的是该法所用的多孔陶瓷是由一种或多种陶瓷粉体研磨成为粒径大小不一的粉体，再将粉体和粘结剂共混和研磨，混合均匀后烘干、成型而获得多孔陶瓷基体，而且该复合材料仅仅限制在导电方面的应用。

中国专利CN102827587A公开了一种相变储能材料/石墨烯/多孔陶瓷复合热管理材料及其制备方法和应用，其首先在多孔陶瓷表面附上一层金属，再用化学气相沉积法在多孔陶瓷上生长石墨烯，该法由于在多孔陶瓷表面首先附上一层金属，石墨烯并不能够在多孔陶瓷内部生长，同样，该复合材料仅仅限制在导电方面的应用；又或是所用的多孔陶瓷仍然为需要自行制备以获得独特的结构，而且该专利所用的多孔陶瓷空洞均为宏观上的孔洞，同样，该复合材料仅仅是一种热管理材料。

上述各种石墨烯复合材料大多是利用石墨烯浠的机械性能和导电性能，对于石墨烯在吸附除污领域中的应用未见提及。此外，现有技术中多是利用化学气相沉淀法制备石墨烯复合材料，存在成本高，难以大规模工业化等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯-多孔陶瓷复合吸附材料，其具有良好的吸附除污能力，成本很低并可循环利用，并且能够抵抗各种酸碱环境。

本发明的目的是提供一种石墨烯-多孔陶瓷复合吸附材料的制备方法，其制备成本低，容易工业化。

本发明的另一目的是提供石墨烯-多孔陶瓷复合吸附材料在污水处理领域中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

石墨烯-多孔陶瓷复合吸附材料，具有多孔陶瓷基体，此多孔陶瓷基体的内部负载有石墨烯。

所述多孔陶瓷基体为常见的多孔氧化铝、多孔氧化锆或多孔二氧化硅，且所述多孔陶瓷基体上的孔的孔径为2nm-600um。

石墨烯-多孔陶瓷复合吸附材料的制备方法，通过如下步骤实现：

(1)将有机小分子或有机大分子或有机小分子与有机大分子的混合物溶解，得到浸泡液，将多孔陶瓷基体浸泡在此浸泡液中，使有机小分子或有机大分子或有机小分子与有机大分子的混合物负载在所述多孔陶瓷基体的内部；其中，所述多孔陶瓷基体上的孔的孔径为2nm-600um；

(2)将其内负载有有机小分子或有机大分子或有机小分子与有机大分子的混合物的所述多孔陶瓷基体放入烧结装置中，在一定温度和气氛条件下进行烧结，使所述多孔陶瓷基体内负载的有机小分子或有机大分子或有机小分子与有机大分子的混合物转化为石墨烯，得到石墨烯-多孔陶瓷复合吸附材料。

所述有机小分子为柠檬酸、蔗糖、果糖和葡萄糖中的一种或多种；所述有机大分子为蜂蜜和牛奶中的一种或两种。

所述烧结装置的升温速度为5℃-20℃/min，烧结温度为300℃-2000℃，恒温时间为0.1-5h；气氛条件为空气、氮气、氩气或氦气，或者氮气、氩气和氦气的混合气体，通气流量为0.2-10L/min。

所述烧结装置为马弗炉、气氛炉或管式炉。