一種還原氧化石墨烯及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于功能材料領域，具體涉及一種還原氧化石墨烯及其制備方法與應用。
【背景技術】
[0002] 石墨稀是一種二維碳材料，具有六元環(huán)碳結構，碳原子之間以sp2雜化結構相互 連接，它有可與金剛石相媲美的強度，是目前世界上最薄和最硬的材料，而且比表面積大， 具有極好的導電和導熱性能。這些優(yōu)異的性能使石墨烯在電子、信息、能源、材料和生物醫(yī) 藥等領域具有廣泛的應用前景。
[0003] 目前石墨烯的制備方法主要有物理法和化學法，物理法包括微機械剝離法和外延 生長法，化學法則包括氧化還原法和化學氣相沉積法，微機械剝離法是石墨烯最初發(fā)現(xiàn)時 采用的方法，由于其操作比較繁瑣，不可大量制備，現(xiàn)在已很少采用；外延生長法要求條件 比較苛刻，并且石墨烯很難與基底分離，無法大規(guī)模生產；化學氣相沉積法雖然可制得高質 量的石墨烯，但實驗條件要求較高，制備費用昂貴，而氧化還原法是目前唯一有望實現(xiàn)大規(guī) 模制備石墨烯的方法，但是它對染料的吸附具有局限性，只對高濃度的染料具有一定的吸 附性。
[0004] 還原氧化石墨烯是由氧化石墨烯通過化學還原方式制備得到。因此，還原氧化石 墨烯在結構上仍然存在一定數(shù)量的含氧活性基團，如：脂肪（芳）醚基、羥基、羧基、羰基等， 使其具有良好的水溶性、反應活性和特異的微觀結構等。因此，開發(fā)一種綠色環(huán)保的制備石 墨烯的方法非常有實際意義。

【發(fā)明內容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種還原氧化石 墨烯的制備方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法獲得的還原氧化石墨烯。
[0007]本發(fā)明的再一個目的在于提供上述還原氧化石墨烯的應用。
[0008] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0009] -種還原氧化石墨烯的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (1)將氧化石墨烯固體與水按固液比1: (800~1000)進行混合得到懸浮液，對懸 浮液攪拌，再通過超聲_機械聯(lián)用處理，得到分散均勻的氧化石墨烯溶液；
[0011] ⑵按對氧化石墨烯固體的質量比為（12~16) : 1的比例將無水葡萄糖加入到步 驟（1)所制得的氧化石墨烯溶液中，并攪拌30~60min，然后按對氧化石墨烯固體的固液比 為（6~8) :1的比例加入氨水，繼續(xù)攪拌5~lOmin，然后升溫至95°C保溫反應40~60min; 反應停止后待溶液冷卻至室溫進行過濾，同時用水洗滌濾餅至中性，干燥，即得所述還原氧 化石墨稀。
[0012] 步驟（1)所述氧化石墨烯固體可以通過以下步驟制得：
[0013] (A)將12. 5gK2S20jP12. 5gP205加入到120mL濃硫酸中，攪拌均勻后加入5g石墨 粉，充分混合后于80°C反應6小時；反應結束后，加入水稀釋懸浮液至溫度不再變化；進一 步洗滌，抽濾至濾液pH呈中性；干燥濾餅，得到預氧化石墨；
[0014] (B)將1.5gNaN03加入69mL濃硫酸中進行氧化，完全溶解后再加入3g步驟（A) 制得的預氧化石墨并攪拌均勻；反應結束后加入10mL濃鹽酸以去除未反應的雙氧水，然后 反復用60°C的熱水洗滌濾餅至pH呈中性；將濾餅再次分散在水中，超聲處理lh，得到的棕 色溶液隨后以l〇〇〇〇rpm離心lOmin，去掉黑色固體沉淀；最后，將上清液透析一周以去除鹽 類雜質，干燥即得氧化石墨烯固體。
[0015] 步驟（B)所述的反應過程包括三個階段：(a)低溫反應階段，將反應容器放入冰水 浴中，在攪拌的條件下加入9gKMn04，反應階段保證溫度不超過20°C，保溫30min，懸浮液逐 漸由黑紫色變?yōu)楹诰G色；(b)中溫反應階段，移去冰浴后升溫至35±3°C繼續(xù)反應，并在攪 拌條件下于15min內緩慢加入140mL水，懸浮液逐漸變?yōu)樽霞t色；（c)高溫反應階段，升溫 至60°C并加入100mL6%的H202溶液，懸浮液逐漸變?yōu)榱咙S色。
[0016] 步驟（1)所述的超聲-機械聯(lián)用處理是指：氧化石墨稀懸浮液以800~1000W的 功率和200~300r/min的轉速進行超聲-機械聯(lián)用處理1~3h。超聲-機械聯(lián)用處理后 才能得到分散均勻的氧化石墨烯溶液。
[0017] 步驟（1)所述的攪拌是指以200~300r/min的轉速攪拌10~15min。
[0018] 步驟⑵所述的氨水的質量分數(shù)為25%。
[0019] 步驟（2)所述的攪拌速度為200~300r/min。
[0020] 一種還原氧化石墨烯，其由上述的制備方法獲得。
[0021] 所述的還原氧化石墨烯可用于吸附陽離子染料、陰離子染料和非離子染料。
[0022] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：
[0023] 本發(fā)明制得的還原氧化石墨烯在吸附低濃度（<100mg/L)染料時效果非常明顯， 而且制備工藝簡單，易于操作，綠色環(huán)保。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 本發(fā)明制備方法中各起始原料可從市場購得或按照現(xiàn)有技術方法制備獲得。
[0025] 本發(fā)明實施例中所使用的氧化石墨烯固體由以下步驟制備所得：
[0026] 首先進行石墨的預氧化：在250mL的圓底燒瓶中加入120mL濃硫酸，再先后加入 12. 5g的K2S20jP12. 5g的P205,攪拌均勻后加入5g石墨粉；充分混合后將圓底燒瓶放入恒 溫水浴鍋中，穩(wěn)定溫度為80°C，反應6小時；反應結束后，緩慢加入蒸餾水稀釋懸浮液至溫 度不再變化。進一步洗滌，抽濾至濾液pH呈中性。干燥濾餅，即得到預氧化石墨；
[0027]然后進行氧化：在500mL的圓底燒瓶中加入69mL濃硫酸，然后加入1. 5gNaN03，待 其完全溶解后再加入3g預氧化石墨并攪拌均勻；反應過程包括三個階段：（1)低溫反應階 段，將圓底燒瓶放入冰水浴中，在強力攪拌的條件下緩慢加入9gKMn04，反應階段保證溫度 不超過20°C，保溫30min，懸浮液逐漸由黑紫色變?yōu)楹诰G色；（2)中溫反應階段，移去冰浴后 升溫至35±3°C繼續(xù)反應，并在攪拌條件下于15min內緩慢加入140mL水，懸浮液逐漸變?yōu)?紫紅色；（3)高溫反應階段，升溫至60°C并加入100mL6%的H202溶液，懸浮液逐漸變?yōu)榱咙S 色；
[0028] 反應結束后加入lOm