離子液體修飾磁性石墨烯基納米復(fù)合材料的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、磁性納米材料具有獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的磁學(xué)性能，在自動控制、信息存儲、生物醫(yī)藥、污水處理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。磁性納米復(fù)合材料是將磁性納米顆粒通過物理或化學(xué)的方法與其它前驅(qū)體結(jié)合而形成，該磁性納米復(fù)合材料兼具各組分的優(yōu)勢，尤其在污水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本文圍繞Fe3O4納米顆粒和磁性石墨烯基復(fù)合材料的設(shè)計和制備以及其在污水處理等方面開展相關(guān)研究。
　　本文首先以磁性離子液體[BMIm]FeCl4為鐵源，采用簡單的化學(xué)共沉淀方法

2、制備出Fe3O4磁性納米顆粒。該Fe3O4納米顆粒的粒徑較小，大多數(shù)粒徑分布在5-7 nm范圍之間，而小粒徑Fe3O4會存在團(tuán)聚現(xiàn)象。X射線衍射（XRD）譜圖分析表明，F(xiàn)e3O4納米顆粒的特征衍射峰峰型較為尖銳，結(jié)晶性良好。采用該合成方法制備出的小粒徑Fe3O4納米顆粒具有良好的鐵磁性，可望在磁性復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域有著巨大的潛能。其次，以石墨粉為原料，采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨，氧化石墨經(jīng)超聲剝離得到單分散的氧化石墨烯。磁性離

3、子液體[BMIm]FeCl4與氧化石墨烯在π-π作用下結(jié)合，經(jīng)共沉淀作用在氧化石墨烯的表面原位生長出Fe3O4磁性納米顆粒。通過控制反應(yīng)物的添加量，制備出不同比例的氧化石墨烯@Fe3O4磁性納米復(fù)合材料。掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）分析表明，在氧化石墨烯的存在下，小粒徑的Fe3O4納米顆粒均勻的沉積在氧化石墨烯的表面，說明氧化石墨烯對Fe3O4納米顆粒的團(tuán)聚起到了一定的抑制作用。研究結(jié)果表明，氧化石墨烯含量為19.

4、3 wt％的復(fù)合材料樣品最佳。對亞甲基藍(lán)的吸附性能顯示氧化石墨烯@Fe3O4磁性納米復(fù)合材料的吸附效果明顯增強(qiáng)，可快速的達(dá)到吸附平衡，且在外加磁場的作用下表現(xiàn)出良好的磁響應(yīng)性。再次，對實驗進(jìn)行設(shè)計與改進(jìn)，在氧化石墨烯和二價鐵離子的存在下，通過逐滴加入氨水來控制反應(yīng)的pH。經(jīng)簡單的一步法制備出石墨烯@Fe3O4納米復(fù)合材料。Fe3O4納米顆粒均勻的沉積在石墨烯的表面上，粒徑分布范圍在10-20 nm范圍之間。大比表面積的石墨烯對亞甲基藍(lán)有

5、很好的吸附效果，吸附量為45.2 mg/g，該復(fù)合材料同樣具有良好的磁響應(yīng)性。最后，采用改進(jìn)Hummers法制備的氧化石墨烯經(jīng)硼氫化鈉還原得到褶皺的石墨烯。將石墨烯溶解分散在中間體[BMIm]Cl中，同時加入一定量的磁性離子液體[BMIm]FeCl4經(jīng)簡單共沉淀法制備石墨烯@Fe3O4磁性納米復(fù)合材料。小粒徑的Fe3O4納米顆粒不僅均勻的沉積在石墨烯的表面，而且有效的打開了石墨烯的片層。小粒徑的Fe3O4納米顆粒和大比表面積的石墨烯使得