PAMAM羧基化石墨烯Co納米復合材料在4-硝基苯胺降解催化上的應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種PAMAM羧基化石墨稀Co納米復合材料在4_硝基苯胺降解催化上的應用。
【背景技術】
[0002]石墨稀(Graphene)作為一種新型材料，自2004年被發(fā)現(xiàn)以來引起了各界研究人員的廣泛關注。石墨烯由于其二維單原子層晶體結構、大的比表面積，在電容器、傳感器、催化和納米復合材料等領域表現(xiàn)出優(yōu)良的應用前景。石墨烯/樹狀大分子復合材料以其獨特的結構和性能優(yōu)勢成為了納米材料領域一個新的研究熱點。
[0003]聚酰胺-胺樹狀大分子(PAMAM)是一類三維的、高度枝化的新型高分子，具有可控的相對分子質量，大量的表面官能團，分子內(nèi)存在空腔，高度的對稱性，而且致密的末端基團可以結合更多的活性物質，這些結構特點使其具有獨特的性質。用聚酰胺-胺樹狀大分子功能化修飾的石墨烯不僅由于樹狀大分子在石墨烯層間產(chǎn)生的空間位阻減弱了層間的團聚現(xiàn)象，同時其分散性和溶解性也得到了改善，更重要的是由于樹狀大分子其可控制制備小尺寸，分散均勻的金屬納米粒子而且可利用樹狀分子的代數(shù)調(diào)節(jié)其內(nèi)部空腔的大小從而控制催化劑與反應物的接觸，可以作為有機功能分子和無機納米粒子良好的催化劑載體為制備多功能高性能材料構筑了一個廣闊平臺。
[0004]隨著染料工業(yè)發(fā)展，廢水中主要的有機毒物是硝基或氨基官能團的芳香族化合物，這些耐高溫有機物采用傳統(tǒng)的化學沉淀法很難被分解。因此，制備的PAMAM羧基化石墨烯Co納米復合材料如果能對4-硝基苯胺降解催化具有顯著作用，則具有重要的實用價值，也具有重要的生態(tài)環(huán)境意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為推動科技進步，本發(fā)明人經(jīng)過大量試驗，發(fā)明出一種PAMAM羧基化石墨稀Co納米復合材料及其制備方法，并探究了 PAMAM羧基化石墨烯Co納米復合材料(PAMAM/GO-COOH/Co)對4-硝基苯胺的降解催化作用。
[0006]PAMAM羧基化石墨稀Co納米復合材料的制備包括以下幾個步驟:
(1)PAMAM/G0-C00H的合成:稱取羧基化石墨烯0.42 g，加入40 mL去離子水，超聲分散后加入4 g EDC和4.2 g NHS，在40 °C下磁力攪拌4 h，產(chǎn)物過濾、離心、去離子水清洗后在40 mL去離子水中超聲分散，加入10 mL PAMAM(4.0 G濃度0.1 g/mL)水溶液，在35 °C下攪拌反應12 h，產(chǎn)物經(jīng)離心、去離子水清洗后真空干燥即得；
(2)PAMAM/GO-COOH/Co 納米復合材料的合成:稱取 PAMAM/G0-C00H/Co 100 mg,加入20 mL去離子水，超聲分散，加入10 mL CoCl2溶液(0.5 mol/L)，攪拌I h，然后加入0.5 gNaBH4，在50 °C下磁力攪拌4 h，產(chǎn)品經(jīng)離心、去離子水清洗后收集在燒杯中，然后再超聲分散，除去多余的Co'最后產(chǎn)物經(jīng)離心、去離子水清洗，過濾后真空干燥即得。 PAMAM羧基化石墨烯Co納米復合材料對4-硝基苯胺的降解催化探究:獲取10 mg的PAMAM/GO-COOH/Co超聲分散在30 mL 5.8X10 mol/L 4-硝基苯胺的水溶液中，混合物在空氣中攪拌室溫(25 °C )，每隔一段時間用紫外可見光譜儀測定。4-硝基苯胺的紫外吸收峰是378 nm，通過吸收峰峰強度說明復合材料對4-硝基苯胺的降解催化能力。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明采用化學交聯(lián)法將聚酰胺-胺樹狀大分子(PAMAM 4.0G)修飾羧基化石墨烯，成功獲得PAMAM羧基化石墨烯為模板，以硼氫化鈉作為還原劑的PAMAM/羧基化石墨烯/Co納米復合材料。經(jīng)測定，Co納米粒子尺寸大小均勾分散在PAMAM/羧基化石墨稀表面。
[0007]本發(fā)明制備的PAMAM/羧基化石墨稀/Co納米復合材料是一種具有獨特性能的新型催化載體材料，在常溫條件下，只要有空氣和水存在PAMAM/GO-COOH/Co對4-硝基苯胺的水溶液降解作用表現(xiàn)出高的催化活性，這在我們實際生活中對環(huán)境污染物的降解提供一種新的路徑。
【附圖說明】
[0008]圖1是PAMAM/GO-COOH/Co在常溫室內(nèi)對4-硝基苯胺的水溶液降解作用圖。
【具體實施方式】
[0009]現(xiàn)結合附圖1，對PAMAM羧基化石墨稀Co納米復合材料在4-硝基苯胺降解催化上的應用進行詳細說明。
[0010]PAMAM羧基化石墨烯Co納米復合材料的制備包括以下幾個步驟:
(1)PAMAM/G0-C00H的合成:稱取羧基化石墨烯0.42 g，加入40 mL去離子水，超聲分散后加入4 g EDC和4.2 g NHS，在40 °C下磁力攪拌4 h，產(chǎn)物過濾、離心、去離子水清洗后在40 mL去離子水中超聲分散，加入10 mL PAMAM(4.0 G濃度0.1 g/mL)水溶液，在35 °C下攪拌反應12 h，產(chǎn)物經(jīng)離心、去離子水清洗后真空干燥即得；
(2)PAMAM/GO-COOH/Co 納米復合材料的合成:稱取 PAMAM/G0-C00H/Co 100 mg,加入20 mL去離子水，超聲分散，加入10 mL CoCl2溶液(0.5 mol/L)，攪拌I h，然后加入0.5 gNaBH4，在50 °C下磁力攪拌4 h，產(chǎn)品經(jīng)離心、去離子水清洗后收集在燒杯中，然后再超聲分散，除去多余的Co'最后產(chǎn)物經(jīng)離心、去離子水清洗，過濾后真空干燥即得。
PAMAM羧基化石墨烯Co納米復合材料對4-硝基苯胺的降解催化探究:獲取10 mg的PAMAM/GO-COOH/Co超聲分散在30 mL 5.8X10 mol/L 4-硝基苯胺的水溶液中，混合物在空氣中攪拌室溫(25 °C )，每隔一段時間用紫外可見光譜儀測定。4-硝基苯胺的紫外吸收峰是378 nm，通過吸收峰峰強度說明復合材料對4-硝基苯胺的降解催化能力。
[0011]如圖1所示，在常溫條件下，只要有空氣和水存在PAMAM/GO-COOH/Co對4-硝基苯胺的水溶液降解作用表現(xiàn)出高的催化活性。經(jīng)過8 h后，PAMAM/GO-COOH/Co對4-硝基苯胺的水溶液催化降解峰值幾乎為0，說明PAMAM/GO-COOH/Co對4-硝基苯胺的水溶液催化降解表現(xiàn)出高催化性能。這是以PAMAM/G0-C00H為模板原位合成鈷納米粒子提供更多的空間阻礙鈷納米粒子的聚合，并且PAMAM/G0-C00H巨大比表面能將污染物吸附到表面進行催化降解。更多的是，PAMAM/GO-COOH/Co催化降解反應的是在常溫室內(nèi)就可以進行的，并沒有任何增加氧化劑等(如H2O2)。
[0012]上述只是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種PAMAM羧基化石墨烯Co納米復合材料的制備方法，其特征在于包括以下幾個步驟: (1)PAMAM/GO-COOH的合成:稱取羧基化石墨烯0.42 g，加入40 mL去離子水，超聲分散后加入4 g EDC和4.2 g NHS，在40 °C下磁力攪拌4 h，產(chǎn)物過濾、離心、去離子水清洗后在40 mL去離子水中超聲分散，加入10 mL PAMAM(4.0 G濃度0.1 g/mL)水溶液，在35 °C下攪拌反應12 h，產(chǎn)物經(jīng)離心、去離子水清洗后真空干燥即得； (2)PAMAM/GO-COOH/Co 納米復合材料的合成:稱取 PAMAM/GO-COOH/Co 100 mg,加入20 mL去離子水，超聲分散，加入10 mL CoCl2溶液(0.5 mol/L)，攪拌I h，然后加入0.5 gNaBH4，在50 °C下磁力攪拌4 h，產(chǎn)品經(jīng)離心、去離子水清洗后收集在燒杯中，然后再超聲分散，除去多余的Co'最后產(chǎn)物經(jīng)離心、去離子水清洗，過濾后真空干燥即得。2.根據(jù)權利要求1所述方法制備的PAMAM羧基化石墨稀Co納米復合材料在4-硝基苯胺降解催化上的應用，其特征在于:降解催化過程有水和空氣參與。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PAMAM羧基化石墨烯Co納米復合材料在4-硝基苯胺降解催化上的應用，包括（1）PAMAM/GO-COOH的合成：（2）PAMAM/GO-COOH/Co納米復合材料的合成。本發(fā)明采用化學交聯(lián)法將聚酰胺-胺樹狀大分子修飾羧基化石墨烯，成功獲得PAMAM羧基化石墨烯為模板，以硼氫化鈉作為還原劑的PAMAM/羧基化石墨烯/Co納米復合材料。本發(fā)明制備的PAMAM/羧基化石墨烯/Co納米復合材料是一種具有獨特性能的新型催化載體材料，在常溫條件下，只要有空氣和水存在即對4-硝基苯胺的水溶液降解作用表現(xiàn)出高的催化活性，這在我們實際生活中對環(huán)境污染物的降解提供一種新的路徑。
【IPC分類】B01J31/06, C02F101/38, C02F1/74
【公開號】CN105148995
【申請?zhí)枴緾N201510607953
【發(fā)明人】彭曉春, 李澤木, 唐新平
【申請人】吉首大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月23日