[发明专利]一种磁性聚苯胺/石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料及环境科学技术领域，涉及一种磁性聚苯胺/石墨烯复合材 料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，水中重金属污染问题受到越来越多的关注，特别是毒性较大的六价铬的 存在。因其稳定性高且有不同的化合物存在形式，如Cr₂O₇^2-、CrO₄^2-、HCrO₄^-具有高度的水溶 性和强的氧化能力，会对人类健康产生严重的危害。我国饮用水中总铬含量的最大允许限 度为0.05mg/L，因此，迫切需要寻找一些有效的方法去除水中的铬从而减少对环境和人类 健康的危害。目前，用于去除水中的铬的方法有离子交换、膜过滤、电化学还原/沉淀以及吸 附等方法，而吸附法与其他方法相比较，具有成本消耗低、无污染且可重复使用等优点。

磁性石墨烯材料是一种二维蜂窝网状结构的材料，只有一个碳原子的厚度，其具 有较大的比表面积和在水介质中优越的稳定性，因而是用于吸附的最理想材料。特别是氧 化石墨烯具有丰富的官能团，能有效地吸附重金属离子和有机污染物。此外，该材料还兼具 磁性，很好地实现了吸附后材料与溶液的分离。

聚合物，如聚苯胺、聚乙烯亚胺、聚吡咯等，含有一些活性氨基、羧基和羟基官能 团，对重金属离子有很好的吸附效果，因而受到越来越多的关注。聚苯胺是一种导电聚合 物，广泛应用于可充电电池、传感器、电致变色设备和腐蚀抑制剂等方面，因其好的还原行 为也被用作铬去除的优良吸附剂。结合石墨烯、四氧化三铁和聚合物三者的良好特性，制备 聚苯胺/Fe₃O₄/石墨烯复合材料应用于水中六价铬的去除研究具有重要的理论意义和实用 价值。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁性聚苯胺/石墨烯复合材料及其制 备方法和应用。

本发明的技术方案为：一种磁性聚苯胺/石墨烯复合材料，包括石墨烯、磁性纳米 颗粒和聚苯胺，其特征在于，所述复合材料以石墨烯为框架，所述磁性纳米颗粒和聚苯胺分 散在石墨烯片层结构表面。

进一步地，所述石墨烯为氧化石墨烯。

进一步地，所述磁性纳米颗粒为四氧化三铁。

本发明的内容还包括所述的磁性聚苯胺/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下 步骤：

(1)制备Fe₃O₄/石墨烯复合材料：以氧化石墨烯和四水合氯化亚铁为原料，加入氨 水，在pH为10的条件下制备Fe₃O₄/石墨烯复合材料。

(2)聚苯胺/Fe₃O₄/石墨烯复合材料的制备：在所述步骤(1)中制备得到的Fe₃O₄/石 墨烯复合材料中依次加入过硫酸铵、对甲基苯磺酸和苯胺单体，在冰浴超声的条件下引发 聚合，得到聚苯胺/Fe₃O₄/石墨烯复合材料。

进一步地，所述步骤(1)中氧化石墨烯与四水合氯化亚铁的质量比为1:30，氧化石 墨烯的浓度为0.2mg/mL，所得Fe₃O₄/石墨烯复合材料在50℃条件下真空干燥6h。

进一步地，所述的磁性聚苯胺/石墨烯复合材料的制备方法，还包括步骤(3)：所制 得的聚苯胺/Fe₃O₄/石墨烯复合材料经水和乙醇多次洗涤后，抽滤，在50℃条件下真空干燥 12h；

进一步地，所述步骤(2)具体为：

a)加入过硫酸铵、对甲基苯磺酸以后，在冰浴条件下超声30min；

b)加入苯胺单体后，冰浴超声40min，使苯胺成功聚合后溶液呈现蓝绿色。

进一步地，加入所述过硫酸铵、对甲苯磺酸和苯胺单体的摩尔比为3:5:24。

进一步地，本发明的内容还包括，按照权利要求8的方法制备的磁性聚苯胺/石墨 烯复合材料在水溶液中六价铬的去除中的应用。

进一步地，本发明的内容还包括，磁性聚苯胺/石墨烯复合材料在水溶液中六价铬 的去除中的应用。