一种磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的快速制备方法技术

一种磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的快速制备方法，属于碳基材料制备、表面功能化修饰和应用的技术领域，针对实际应用过程中，碳基吸附材料需要同时满足在骨架、孔道、表面组成方面的要求。结合洋葱状富勒烯类磁性纳米碳球良好的酸碱稳定性、热稳定性和力学性能稳定性，以及氧化石墨烯基面两侧充足的外表面积和大量的含氧官能团。以磁性纳米碳球和氧化石墨烯为结构单元，通过自组装技术构建洋葱状富勒烯类磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料，此制备方法是一种简单、实用、先进的制备磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的快速制备方法
本专利技术属于碳基材料制备、表面功能化修饰和应用的
，具体涉及一种磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的快速制备方法。
技术介绍
碳基材料良好的物化性能，使其作为优异的吸附材料，广泛应用于吸附分离领域。为了进一步提高碳基材料的吸附分离性能和扩展其应用领域，还需要解决基体骨架材料结构问题，既要保持足够的结构强度，又要具有较高的孔隙率和合理的梯级孔结构，方便识别和分离过程中的快速传质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决碳基材料基体骨架材料结构的问题，以磁性纳米碳球和氧化石墨烯为结构单元，通过自组装技术构建洋葱状富勒烯类磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料。本专利技术采用如下技术方案：一种磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的快速制备方法，包括如下步骤：第一步，精选化学物质材料，磁性纳米碳球、氧化石墨烯、去离子水，并进行质量纯度、浓度、含量控制：磁性纳米碳球Fe3O4@C：固态固体，含碳量52%、含铁量35%、含氧量13%；氧化石墨烯CxHyOz：固态固体，含碳量43%、含氢量2%、含氧量55%；去离子水H2O：液态液体，纯度99.99%；第二步，磁性纳米碳球分散液的配制：（1）称取磁性纳米碳球0.1g±0.0001g，量取去离子水100mL±0.001mL，加入烧杯中超声混合10分钟，得到磁性纳米碳球混合液；（2）将磁性纳米碳球混合液转移至1000mL容量瓶中，定容，配制得到100mg/L的磁性纳米碳球分散液；第三步，氧化石墨烯分散液的配制：（1）称取氧化石墨烯0.1mg±0.0001mg，量取去离子水100mL±0.001mL，加入烧杯中超声混合10分钟，得到氧化石墨烯混合液；（2）将氧化石墨烯混合液转移至1000mL容量瓶中，定容，配制得到0.1mg/L的氧化石墨烯分散液；第四步，磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的制备：（1）将布氏漏斗固定在抽滤瓶上，放入中速定性滤纸，开启真空泵；（2）将10mL氧化石墨烯分散液加入布氏漏斗中进行抽滤，留存氧化石墨烯滤饼，弃去滤液；（3）待步骤（2）抽滤完成后，将10mL磁性纳米碳球分散液加入布氏漏斗中进行抽滤，留存磁性纳米碳球滤饼，弃去滤液；（4）待步骤（3）抽滤完成后，重复步骤（2）和（3），至所有分散液抽滤完成，留存氧化石墨烯滤饼和磁性纳米碳球滤饼，弃去滤液；（5）按照一层氧化石墨烯滤饼和一层磁性纳米碳球滤饼的顺序，将氧化石墨烯滤饼一层磁性纳米碳球滤饼依次叠加置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度60℃，干燥时间720分钟，干燥后得：磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料。本专利技术的有益效果如下：本专利技术针对实际应用过程中，碳基吸附材料需要同时满足在骨架、孔道、表面组成方面的要求。结合洋葱状富勒烯类磁性纳米碳球良好的酸碱稳定性、热稳定性和力学性能稳定性，以及氧化石墨烯基面两侧充足的外表面积和大量的含氧官能团。以磁性纳米碳球和氧化石墨烯为结构单元，通过自组装技术构建洋葱状富勒烯类磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料。既提供了足够大的可利用比表面积（＞600m2/g），保证了吸附位点的丰富度，又具有适宜的梯级孔结构，孔隙率＞95%，保证了吸附物质的快速传质，同时足够的耐酸碱性、高的机械强度和化学稳定性，保证了材料在复杂体系中的实际应用性能。例如，对于强酸碱性的焦化废水体系，耐酸碱性的碳基材料能够保证足够的机械结构强度，磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料可作为吸附分离材料，用于焦化废水处理，大的比表面积和孔隙结构，能够保证高的吸附容量。此制备方法工艺简单，数据精确，制备的磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料为黑色片层，磁性纳米碳球分散于氧化石墨烯片层当中，磁性纳米碳球直径为100-200nm，产物纯度达99.5%，是一种简单、实用、先进的制备磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的方法。附图说明图1为本专利技术抽滤装置图，其中，1-布氏漏斗；2-橡皮塞；3-抽滤瓶；4-滤液；5-定性滤纸；6-真空软管；7-真空泵；8-显示屏；9-指示灯；10-电源开关；图2为本专利技术制备的磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料场发射扫描电子显微镜图像；图3为本专利技术制备的磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料红外光谱图；图4为本专利技术制备的磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的X射线衍射强度图谱。具体实施方式如图1所示，为磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料制备状态图，各部位置、连接关系要正确，安装牢固。制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、厘米3为计量单位。布氏漏斗1通过橡皮塞2，与抽滤瓶3连接，定性滤纸5置于布氏漏斗1中，滤液4在抽滤瓶3中，真空软管6连接抽滤瓶3和真空泵7，真空泵7上设有显示屏8，指示灯9，电源开关10。本实施例中所述磁性纳米碳球的制备参考专利技术专利“一种碳包覆四氧化三铁磁性微球的制备方法”，专利号ZL201410346354.1。实施例一种磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的快速制备方法，包括如下技术方案：第一步，精选化学物质材料，磁性纳米碳球、氧化石墨烯、去离子水，并进行质量纯度、浓度、含量控制：磁性纳米碳球Fe3O4@C：固态固体，含碳量52%、含铁量35%、含氧量13%；氧化石墨烯CxHyOz：固态固体，含碳量43%、含氢量2%、含氧量55%；去离子水H2O：液态液体，纯度99.99%；第二步，磁性纳米碳球分散液的配制：（1）称取磁性纳米碳球0.1g±0.0001g，量取去离子水100mL±0.001mL，加入烧杯中超声混合10分钟，得到磁性纳米碳球混合液；（2）将磁性纳米碳球混合液转移至1000mL容量瓶中，定容，配制得到100mg/L的磁性纳米碳球分散液；第三步，氧化石墨烯分散液的配制：（1）称取氧化石墨烯0.1mg±0.0001mg，量取去离子水100mL±0.001mL，加入烧杯中超声混合10分钟，得到氧化石墨烯混合液；（2）将氧化石墨烯混合液转移至1000mL容量瓶中，定容，配制得到0.1mg/L的氧化石墨烯分散液；第四步，磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的制备：（1）将布氏漏斗固定在抽滤瓶上，放入中速定性滤纸，开启真空泵；（2）将10mL氧化石墨烯分散液加入布氏漏斗中进行抽滤，留存氧化石墨烯滤饼，弃去滤液；（3）待步骤（2）抽滤完成后，将10mL磁性纳米碳球分散液加入布氏漏斗中进行抽滤，留存磁性纳米碳球滤饼，弃去滤液；（4）待步骤（3）抽滤完成后，重复步骤（2）和（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的快速制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n第一步，精选化学物质材料，磁性纳米碳球、氧化石墨烯、去离子水，并进行质量纯度、浓度、含量控制：/n磁性纳米碳球Fe

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米碳球/氧化石墨烯三维碳气凝胶杂化材料的快速制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，精选化学物质材料，磁性纳米碳球、氧化石墨烯、去离子水，并进行质量纯度、浓度、含量控制：
磁性纳米碳球Fe3O4@C：固态固体，含碳量52%、含铁量35%、含氧量13%；
氧化石墨烯CxHyOz：固态固体，含碳量43%、含氢量2%、含氧量55%；
去离子水H2O：液态液体，纯度99.99%；
第二步，磁性纳米碳球分散液的配制：
（1）称取磁性纳米碳球0.1g±0.0001g，量取去离子水100mL±0.001mL，加入烧杯中超声混合10分钟，得到磁性纳米碳球混合液；
（2）将磁性纳米碳球混合液转移至1000mL容量瓶中，定容，配制得到100mg/L的磁性纳米碳球分散液；
第三步，氧化石墨烯分散液的配制：
（1）称取氧化石墨烯0.1mg±0.0001mg，量取去离子水100mL±0.001mL，加入烧杯中超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟峰，刘旭光，杨永珍，闫光，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14