CN105854803A - 一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法 - Google Patents

一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105854803A
CN105854803A CN201610327292.9A CN201610327292A CN105854803A CN 105854803 A CN105854803 A CN 105854803A CN 201610327292 A CN201610327292 A CN 201610327292A CN 105854803 A CN105854803 A CN 105854803A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
preparation
temperature
argon gas
quartz boat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610327292.9A
Other languages
English (en)
Inventor
马杰
陈晓燕
陈君红
庄媛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN201610327292.9A priority Critical patent/CN105854803A/zh
Publication of CN105854803A publication Critical patent/CN105854803A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

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。

Description

一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法
技术领域
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
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。
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
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。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
(1)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；
(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℃～1000℃，升温速率为10℃/min；
(3)升温完成后，保持炉温1h，使充分氧化还原，充分膨胀剥离，自然冷却得到石墨烯。
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CO、CO2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。
本发明的有益效果在于：
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烯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
图1为本发明所制备的石墨烯的红外光谱图。
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。
具体实施方式
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。
实施例1
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℃/min的升温速率，令炉温升至200℃，并保持温度1h，其后自然冷却至60℃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。
将10mg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℃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。
实施例2
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℃。
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℃/min的升温速率，令炉温升至400℃，并保持温度1h，其后自然冷却至60℃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。
将10mg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℃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。
实施例3
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℃。
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℃/min的升温速率，令炉温升至600℃，并保持温度1h，其后自然冷却至60℃以下停止通氩气，取样获得石墨烯。
将10mg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℃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。
实施例4
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℃。
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℃/min的升温速率，令炉温升至800℃，并保持温度1h，其后自然冷却至60℃以下停止通氩气，取样获得石墨烯。
将10mg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℃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。
实施例5(最优)
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℃。
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℃/min的升温速率，令炉温升至1000℃，并保持温度1h，其后自然冷却至60℃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/g。
将10mg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℃、25℃和40℃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的石墨烯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。
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。
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高，含氧官能团含量减少，C/O逐渐提高。
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。

Claims (4)

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℃/min，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。
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所述的石墨烯的制备方法，其特征在于：令石墨烯材料自然冷却至60℃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。
CN201610327292.9A 2016-05-17 2016-05-17 一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法 Pending CN105854803A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610327292.9A CN105854803A (zh) 2016-05-17 2016-05-17 一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610327292.9A CN105854803A (zh) 2016-05-17 2016-05-17 一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105854803A true CN105854803A (zh) 2016-08-17

Family

ID=56634179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610327292.9A Pending CN105854803A (zh) 2016-05-17 2016-05-17 一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105854803A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103011147A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 中南大学 一种热还原制备石墨烯的方法
CN104925785A (zh) * 2015-03-13 2015-09-23 宁波南车新能源科技有限公司 一种多孔石墨烯及采用其的超级电容器的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103011147A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 中南大学 一种热还原制备石墨烯的方法
CN104925785A (zh) * 2015-03-13 2015-09-23 宁波南车新能源科技有限公司 一种多孔石墨烯及采用其的超级电容器的制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALEXANDR V. DOLBINA ET AL.: "The effect of the thermal reduction temperature on the structure andsorption capacity of reduced graphene oxide materials", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *
HYE-MI JU ET AL.: "Structures of thermally and chemically reduced graphene", 《MATERIALS LETTERS》 *
朱璇等: "石墨烯对环丙沙星的吸附性能研究", 《2014年第12届全国水处理化学大会暨学术研讨会论文摘要集》 *
祁振等: "石墨烯对四环素的吸附热力学及动力学研究", 《山东大学学报(工学版)》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yoshikawa et al. Synthesis and analysis of CO2 adsorbents based on cerium oxide
CN106744803B (zh) 一种制备多孔碳的方法与多孔碳
Luo et al. SGCS-made ultrafine CaO/Al2O3 sorbent for cyclic CO2 capture
CN106861618A (zh) 一种氮掺杂多孔空心碳球二氧化碳吸附材料及其制备方法与应用
CN103086371A (zh) 一种制备憎水性石墨烯海绵的方法
CN103537262B (zh) 一种氮掺杂多级孔碳材料的制备方法
CN103569999B (zh) 一种石墨烯的制备方法
CN102897746B (zh) 制备多孔碳材料的方法及用该方法制备的多孔碳材料
CN102616770B (zh) 一种水蒸气刻蚀碳纳米管制备石墨烯纳米带的方法
CN104475060A (zh) 一种复合吸附剂及其制备方法与应用
CN106241803A (zh) 一种利用废轮胎热解炭黑制成活性炭的方法
CN105755541A (zh) 一种利用微波诱发燃烧合成反应合成氧化锌晶须的方法
CN109761216A (zh) 一种通用的、基于有机锌盐制备多孔碳材料的方法
CN110451490A (zh) 一种多孔石墨烯材料的制备方法
CN106745262B (zh) 一种利用氧化少层硫化钼制备非晶氧化钼纳米片的方法
CN102020267B (zh) 单壁碳纳米管的提纯方法
CN111285337A (zh) 一种高比表面积的多孔六方氮化硼的制备方法及其应用
CN108262006A (zh) 一种骨架掺入金属的mcm-41分子筛及其制备方法
CN105854803A (zh) 一种可用作吸附剂的石墨烯的制备方法
CN104402067B (zh) 一种直接热分解制备高比表面积介孔金属氧化物的方法
Isa et al. Different carbonization process of bamboo charcoal using Gigantochloa Albociliata
CN105967286A (zh) 一种石墨烯杂化海绵体电容脱盐电极的制备方法
Chu et al. Preparation of SiC nanopowder using low-temperature combustion synthesized precursor
US20160122186A1 (en) Mesoporous carbon material and related methods
CN107324332B (zh) 新型碳基吸附材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160817

RJ01 Rejection of invention patent application after publication