[发明专利]一种氧化石墨烯共价键包覆磁性纳米粒子复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种氧化石墨烯共价键包覆磁性纳米粒子复合材料及其制备方法。该制备方法通过制备Fe₃O₄纳米粒子，然后对Fe₃O₄纳米粒子进行表面改性及引入功能基团，生成Fe₃O₄@SiO₂‑NH₂粒子，再与氧化石墨烯发生反应，从而在Fe₃O₄@SiO₂‑NH₂粒子表面包覆了通过共价键连接的氧化石墨烯。该复合材料与已报道的氧化石墨烯‑Fe₃O₄复合材料相比，结构得到了改进，稳定性大大增强，克服了氧化石墨烯静电包覆Fe₃O₄及Fe₃O₄沉积在氧化石墨烯片层复合材料的缺陷。该方法所制备的氧化石墨烯‑Fe₃O₄复合材料对重金属具有优异的吸附性能，并且可重复利用，吸附过程简单、绿色环保，在重金属污水处理等领域有广范的应用前景。

主权项

1.一种氧化石墨烯共价键包覆磁性纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯通过共价键和磁性纳米粒子相连，包覆于磁性纳米粒子的表面，所述制备方法包括以下步骤：S1.将聚乙二醇加入到乙二醇中，在80℃搅拌条件下使其溶解，将六水合三氯化铁和三水醋酸钠加入上述溶解液中，搅拌使其完全溶解，在溶解过程中，向混合溶液中滴加蒸馏水调整混合液浓度，之后转移至高压反应釜中，将高压反应釜放入200℃的鼓风干燥箱中反应一段时间，冷却至室温，将所得的产物离心收集，洗涤干燥，得到Fe₃O₄ 纳米粒子；所述聚乙二醇的分子量为2000～8000，聚乙二醇与乙二醇质量比为1:10～100，所述滴加的蒸馏水与乙二醇的体积比为1:4～8，三水醋酸钠的质量是六水合三氯化铁质量的1.5～3.5倍，六水合三氯化铁的质量是聚乙二醇质量的1～2倍；S2.将步骤S1所得的Fe₃O₄ 纳米粒子加入到无水乙醇中形成混合溶液，超声分散，往混合溶液中滴加氨水溶液，之后在30℃水浴中搅拌，随后将正硅酸乙酯逐滴加入到混合液中，反应6～8h，将所得产物进行磁性分离，洗涤干燥，得到Fe₃O₄@SiO₂ 粒子；所述混合溶液中Fe₃O₄ 粒子浓度为2.5～10g/L，所述氨水溶液浓度为28wt％，所述无水乙醇与氨水的体积比为20～100：1，无水乙醇与正硅酸乙酯的体积比为20～100：1；S3.将步骤S2所得的Fe₃O₄@SiO₂ 粒子超声分散到含有蒸馏水、异丙醇和3‑氨丙基三乙氧基硅烷的混合液中，所述异丙醇和蒸馏水的体积比为2～3：1，异丙醇和APTES的体积比为20～80：1，在氮气或氩气气氛下，于70℃搅拌条件下反应6～8h，将所得产物进行磁性分离，洗涤干燥，得到表面氨基化的Fe₃O₄@SiO₂ 粒子；S4.将氧化石墨烯超声分散于蒸馏水中，并用缓冲溶液调节其pH值至5.0～6.0，之后同时加入1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺，搅拌、超声后，形成悬浮液，将步骤S3制得的表面氨基化的Fe₃O₄@SiO₂ 粒子加入到上述悬浮液中，于80℃搅拌条件下反应一段时间，将所得产物进行磁性分离，用蒸馏水和无水乙醇洗涤2～4次，然后在60℃下真空干燥，得到氧化石墨烯共价键包覆磁性纳米粒子复合材料。