[发明专利]石墨烯-聚丙烯腈基纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，具体来说是石墨烯‑聚丙烯腈基纳米复合材料及其制备方法和应用，石墨烯‑聚丙烯腈基纳米复合材料按照以下方法制成：将石墨烯和丙烯腈单体在引发剂的作用下制备得到了石墨烯‑聚丙烯腈纳米复合材料，然后采用偶联法在石墨烯‑聚丙烯腈纳米复合材料上通过交联剂负载了光催化纳米粒子，再经过静电纺丝法纺丝后，制备得到了石墨烯‑聚丙烯腈基纳米复合材料。本发明不仅制备得到了具有光催化性能的石墨烯‑聚丙烯腈基纳米复合材料，而且能够通过石墨烯和光催化剂的协同效应来分解水体中的有毒有机物，增加水体溶解氧含量，从而实现了污水的净化及处理。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体来说是石墨烯-聚丙烯腈基纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

20世纪以来，人们在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时，也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果，环境污染日趋严重。为了适应可持续发展的需要，污染的控制和治理已成为一个亟待解决的问题；在各种环境污染中，最普遍、最重要和影响最大的是水体污染，因而有效的控制和治理污水是环境综合治理的重点，目前污水使用的具有代表性的处理方法主要有：物理法、化学法和微生物处理法，这些方法对污水的治理起重大作用，但是这些技术大部分情况下需通过处理池将污水进行集中化处理，这就需要先将污水引入至处理池内再进行集中处理，而现有技术中并非所有的污水均能够被引入至处理池内，例如湖泊中的污水，因此需要一种便于对无法集种处理的污水进行治理的方法；光催化氧化技术是一门新兴的有广阔应用前景的技术，特别适用无法通过处理池进行集中化处理的污水治理。

目前，石墨烯光催化技术用于污水治理是研究的热点，其治污原理是利用可见光恢复水体自净化，自然光为唯一光源，无需动力装置，无需投加化学试剂或生物菌种。石墨烯(Graphene)是一种新型无机材料，由廉价的石墨制成，其极限模量为1.01TPa，极限强度为116GPa，石墨烯质量轻、比表面积大且具有极好的电子传输性质。

现有技术中还尚未有将石墨烯与光催化材料进行复合形成复合材料，并用于对污水中的化学污染物进行控制和治理。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供石墨烯-聚丙烯腈基纳米复合材料及其制备方法和应用，本发明不仅制备得到了具有光催化性能的石墨烯-聚丙烯腈基纳米复合材料，而且能够通过光催化剂和石墨烯来分解水体中的有毒有机物，增加水体溶解氧含量，从而实现了污水的净化及处理。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

石墨烯-聚丙烯腈基纳米复合材料，所述石墨烯-聚丙烯腈基纳米复合材料按照以下方法制成：将石墨烯和丙烯腈单体在引发剂的作用下制备得到了石墨烯-聚丙烯腈纳米复合材料，然后采用偶联法在石墨烯-聚丙烯腈纳米复合材料上通过交联剂负载了光催化纳米粒子，再经过静电纺丝法纺丝后，制备得到了具有光催化性能的石墨烯-聚丙烯腈基纳米复合材料。

优选的，所述引发剂为水溶型引发剂或溶剂型引发剂，水溶型引发剂为过硫酸铵或抗坏血酸，溶剂型引发剂为偶氮二异丁腈。

优选的，所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷的水溶液或硅溶胶，若交联剂为甲基三甲氧基硅烷的水溶液，则甲基三甲氧基硅烷与水的质量之比为1-2：5。

优选的，所述光催化纳米粒子为TiO₂、SnO₂、ZrO₂、CrSe、WO₃、Fe₂O₃中的一种。

本发明还保护了石墨烯-聚丙烯腈基纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)石墨烯-聚丙烯腈纳米复合材料的制备：将石墨烯和丙烯腈单体共同加入至溶剂中，再加入引发剂，并在氮气气氛中，于在50-70℃下进行反应，然后冷却至室温，经过滤、洗涤及干燥，得到石墨烯-聚丙烯腈纳米复合材料；