/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料的制備方法及三元復(fù)合材料的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Fe304 /埃洛石/石墨稀三元復(fù)合材料的制備方法及三元復(fù)合材料的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]作為二維片狀結(jié)構(gòu)材料的石墨烯與金屬氧化物納米顆?；蛘咂渌{米材料顆粒復(fù)合產(chǎn)生的復(fù)合材料，因具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)及性質(zhì)而受到了廣泛的關(guān)注。目前制備石墨烯基復(fù)合材料的主要方法有:機(jī)械混合、原位生長法、非原位組裝法等。機(jī)械共混法操作簡單，但是由于石墨烯和其他納米材料顆粒密度不同導(dǎo)致制備得到的復(fù)合材料均一性不好；而在石墨烯片上生長第二種乃至第三種材料需要復(fù)雜的化學(xué)制備過程并且復(fù)合材料的成分不易操控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料的制備方法及三元復(fù)合材料的應(yīng)用，本發(fā)明方法整個(gè)反應(yīng)過程在水溶液中進(jìn)行，無需外加表面活性劑，工藝簡單，成本低廉且節(jié)能環(huán)保，易于工業(yè)上生產(chǎn)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明提供了一種Fe304 /埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:(1)將氧化石墨烯和埃洛石依次在超聲條件下分散到水中，得到表面帶有負(fù)電荷的氧化石墨烯/埃洛石水溶液，其中氧化石墨烯與埃洛石的質(zhì)量比為1:1，其中氧化石墨烯與水的質(zhì)量體積比為0.05-0.lg/L ；
(2 )攪拌下，先將FeCl3.6H20和FeS04.7H20加入到步驟(1)得到的石墨烯/埃洛石水溶液中，攪拌均勻；然后于70°C ~90°C溫度下，加入氨水調(diào)節(jié)pH為8~12，反應(yīng)結(jié)束后靜置l~2h，接著倒掉上清液得到Fe304/埃洛石/石墨稀三元復(fù)合材料前驅(qū)體；其中，F(xiàn)eCl3.6H20與步驟(1)得到的氧化石墨烯的質(zhì)量比為(8~12): 1，F(xiàn)eCl3.6H20和FeS04.7H20的摩爾比為 2: (1.1-1.4)；
(3)將步驟(2)得到Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料前驅(qū)體烘干之后在氮?dú)夥諊掠?00~1100 °(:煅燒得到Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料。
[0005]步驟(1)中所述氧化石墨烯與埃洛石的質(zhì)量比為1:1。
[0006]步驟(2 )所述FeCl3.6H20與步驟(1)得到的氧化石墨稀的質(zhì)量比為9:1，F(xiàn)eCl3.6H20 和 FeS04.7H20 的摩爾比為 2:1。
[0007]步驟(3 )烘干溫度為30 °C -60 °C，烘干時(shí)間為3~5h。
[0008]所述Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料應(yīng)用于吸附廢水中的染料羅丹明B。
[0009]所述Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料應(yīng)用于吸附廢水中的染料羅丹明B，具體操作步驟:將Fe304/埃洛石/石墨稀三元復(fù)合材料50mg投放進(jìn)入20 mL濃度為10 5M的染料羅丹明B的溶液中作為吸附劑，在超聲或者機(jī)械攪拌條件下，每隔一段時(shí)間，如1 min，3 min, 5 min等，取樣，進(jìn)行紫外可見分光光度計(jì)測量。
[0010]所述Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料應(yīng)用于吸附廢水中的重金屬離子As5+。
[0011]所述Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料應(yīng)用于吸附廢水中的重金屬離子As5+，具體操作步驟:將Fe304/埃洛石/石墨稀三元復(fù)合材料5mg分別投放入10mL含砷離子1~10 mg/L的溶液中，超聲或者機(jī)械下，超聲1 h后，取樣，進(jìn)行ICP測試。
[0012]所述Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料應(yīng)用于超級電容器電極材料。
[0013]所述Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料應(yīng)用于超級電容器電極材料，具體操作步驟:按照80: 15: 5的質(zhì)量比分別稱取Fe304/埃洛石/石墨稀三元復(fù)合材料，乙炔黑和PTFE(12%)，添加適量乙醇超聲分散，調(diào)成漿液，滴涂到泡沫鎳上，干燥后壓片；隨后作為工作電極由電化學(xué)工作站進(jìn)行測試。
[0014]所述Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料。
[0015]所述Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料，具體操作步驟:按照80: 10: 10的質(zhì)量比分別稱取Fe304/埃洛石/石墨稀三元復(fù)合材料、炭黑和PVDF以N-甲基吡咯烷酮為溶劑調(diào)制成均勻漿狀，將漿狀物置于鋁箔之上，采用刮刀將其均勻涂布成片狀，均勻的附著于鋁箔表面，干燥后壓片，裁成圓片后在手套箱中裝成扣式電池，進(jìn)行測試。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比:本發(fā)明取得的有益效果:
1.本發(fā)明整個(gè)反應(yīng)過程在水溶液中進(jìn)行，無需外加表面活性劑，工藝簡單，成本低廉且節(jié)能環(huán)保，易于工業(yè)上生產(chǎn)；Fe304/埃洛石/石墨烯復(fù)合過程中有明顯的溶液變化，溶液顏色從棕色變渾濁到最后出現(xiàn)沉淀，可直接倒掉上清液；Fe304的生成和石墨烯的還原可集中在同一熱處理步驟；Fe304，埃洛石顆粒，石墨烯復(fù)合材料的成分配比方便調(diào)控。
[0017]2.本發(fā)明的制備方法環(huán)境友好的，簡單靈活，利用共沉淀方法制備均勻的Fe304納米顆粒，埃洛石顆粒與石墨烯層疊狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。這種室溫下水溶液中組裝方法簡單可行，可適用于工業(yè)化大面積生產(chǎn)的要求，還原步驟中實(shí)現(xiàn)兩組分的同時(shí)還原，節(jié)能經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料透射電鏡照片；
圖2是本發(fā)明制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料X射線衍射圖；
圖3是本發(fā)明制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料吸附染料的示意圖；
圖4是本發(fā)明制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料吸附重金屬離子As5+的示意圖；
圖5是本發(fā)明制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料循環(huán)伏安圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步的描述，但是并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0020]本發(fā)明中涉及的原料氧化石墨烯為自制或市售，其它原料均為市售。
[0021]實(shí)施例1 一種Fe304 /埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
(1)將氧化石墨烯和埃洛石依次在超聲條件下分散到水中，得到表面帶有負(fù)電荷的氧化石墨烯/埃洛石水溶液，其中氧化石墨烯與埃洛石的質(zhì)量比為1:(0.8-1.2)，其中氧化石墨烯與水的質(zhì)量體積比為0.05g/L ;
(2 )攪拌下，先將FeCl3.6H20和FeS04.7H20加入到步驟(1)得到的石墨烯/埃洛石水溶液中，攪拌均勻；然后于70°C溫度下，加入氨水調(diào)節(jié)pH為8~12，反應(yīng)結(jié)束后靜置lh，接著倒掉上清液得到Fe304/埃洛石/石墨稀三元復(fù)合材料前驅(qū)體；其中，F(xiàn)eCl3.6H20與步驟(1)得到的氧化石墨烯的質(zhì)量比為(8~12):1，F(xiàn)eCl3.6H2。和FeS04.7H20的摩爾比為2:(1.1-1.4)；
(3)將步驟(2)得到Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料前驅(qū)體烘干之后在氮?dú)夥諊掠?00 °(:煅燒得到Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料。
[0022]利用本方法所制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料的透射電鏡如圖1所示，表明其類似三明治結(jié)構(gòu)，石墨烯片為基底，F(xiàn)e304和埃洛石生長在石墨烯表面；
利用本方法所制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料的X射線衍射如圖2，其中30.1°, (311)，43.0°, 57.2°, 62.6° 處的峰為 Fe304的特征峰，24.84°，35.02° 處的峰為埃洛石的特征峰，而23°到26°的寬峰為石墨烯的峰，證明了其的確由Fe304納米顆粒、埃洛石和石墨烯三種材料復(fù)合而成；
利用本方法所制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料可用作吸附劑吸附廢水中的染料，如附圖3所示，超聲或攪拌條件下lOmin左右溶液變?yōu)闊o色，即為吸附完全，且因該材料的磁性，可通過外加磁場分離得到，便于回收和循環(huán)利用；
利用本方法所制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料可用作吸附劑吸附廢水中的重金屬離子，如附圖4所示，平衡吸附量隨著金屬離子濃度的增大而增大，因其磁性，可實(shí)現(xiàn)材料的快速分離及回收利用；
利用本方法所制得的Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料因其比表面積及電化學(xué)性能可用作制備超級電容器和鋰離子電池的電池材料，如附圖5所示，循環(huán)伏安圖近似為矩形，證明其穩(wěn)定的電化學(xué)性能，不發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
[0023]實(shí)施例2
一種Fe304 /埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
(1)將氧化石墨烯和埃洛石依次在超聲條件下分散到水中，得到表面帶有負(fù)電荷的氧化石墨烯/埃洛石水溶液，其中氧化石墨烯與埃洛石的質(zhì)量比為1:1，其中氧化石墨烯與水的質(zhì)量體積比為0.05g/L ；
(2 )攪拌下，先將FeCl3.6H20和FeS04.7H20加入到步驟(1)得到的石墨烯/埃洛石水溶液中，攪拌均勻；然后于70°C溫度下，加入氨水調(diào)節(jié)pH為8，反應(yīng)結(jié)束后靜置2h，接著倒掉上清液得到Fe304/埃洛石/石墨烯三元復(fù)合材料前驅(qū)體；其中，F(xiàn)eCl3.6Η20與步驟(1)得到的氧化石墨烯的質(zhì)量比為8:1，F(xiàn)eCl3.6H20和FeS04.7H20的摩爾比為2:1.1