本發明屬于吸附技術領域，特別涉及一種功能化石墨烯的制備方法及其在甲醛吸附中的應用。

背景技術：

我國是使用甲醛和生產甲醛最多的國家之一。甲醛主要應用于化工生產、房地產建筑行業、室內裝修行業、醫療行業以及木制品行業。在化工生產中，甲醛多被用作一種重要的有機化工原料和溶劑，不僅是合成樹脂、橡膠、塑料的重要化工原料，也是許多化工產品的中間物質，正因為如此，我們的周圍充滿了甲醛，嚴重威脅著人們的日常生活和健康。甲醛會對健康造成各種影響，如中毒、過敏、哮喘、肺功能損害、癌癥甚至死亡的案例屢見不鮮。甲醛對皮膚、眼睛和上呼吸道黏膜等引起刺激作用、致敏作用以及急性中毒，慢性中毒，甲醛暴露則可產生神經毒性、生殖毒性、遺傳毒性、致癌作用和呼吸系統損害等問題。

目前，室內甲醛防治與控制的技術方法主要有：通風換氣凈化技術、臭氧氧化技術、吸附技術、光催化氧化技術、金屬氧化物技術、空氣負離子技術、植物凈化技術和生物降解技術等。吸附技術是利用多孔型吸附劑層，將空氣中的污染物吸附、富集從而達到凈化空氣的目的，常用吸附劑有多孔碳材料、竹炭、活性炭纖維、新型活性炭、大孔吸附樹脂、沸石、硅膠、活性硅、活性氧化鋁等。空氣凈化吸附劑一般具有比表面極大、吸附能力強、對氣體有較高的吸附能力、能迅速吸附、環保、無污染、制造成本低等特點。吸附技術凈化空氣操作簡單，易于推廣，但是吸附具有可逆性，當溫度、濕度、風速升高到一定程度，吸附的污染物又可能游離出來。

技術實現要素：

本發明的目的：為解決現有技術中存在的甲醛吸附凈化不徹底，吸附的污染物在一定條件下又可能游離出來的問題，本發明提供一種功能化石墨烯的制備方法及其在甲醛吸附中的應用。

本發明功能化石墨烯的制備方法，步驟如下：

(1)將氧化石墨烯和二氧化鈦加入去離子水中，攪拌并進行超聲分散處理，得到氧化石墨烯、二氧化鈦分散液，置于圓底燒瓶中；

(2)向步驟(1)的燒瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均勻，得到混合液；

(3)將步驟(2)得到的混合液置于油浴鍋中反應，得到反應液；

(4)將步驟(3)得到的反應液冷卻后離心分離，洗滌至近中性，經真空冷凍干燥得到功能化石墨烯粉末。

其中，步驟(1)中二氧化鈦和氧化石墨烯的質量比為：20:1～30:1，優選為20:1；氧化石墨烯的質量濃度為0.03～0.06％，優選為0.05％；攪拌速度為200～300轉/分鐘，超聲分散時間為：20～30分鐘，優選為：攪拌速度為250轉/分鐘，超聲分散時間為：25分鐘。

步驟(2)中氨水和水合肼的體積比為10:1～20:1，優選為：15:1。

步驟(3)中的反應溫度為80～100℃，反應時間為：0.5～2小時，優選為：反應溫度為95℃，反應時間1h。

該方法制備的功能化石墨烯用于甲醛吸附，采用固定式甲醛檢測儀對經功能化石墨烯吸收后的甲醛氣體濃度進行檢測，儀器的基線平穩后初始甲醛濃度為0.5ppm，樣品溫度恒定在20℃，經功能化石墨烯吸附后的甲醛濃度隨時間的變化如圖4所示。

有益效果：石墨烯作為一種新型碳材料，具有非常高的比表面積，易被官能團化，本發明通過采用氨水和水合肼對石墨烯進行功能化改性，在石墨烯的表面形成氨基集團，且在超聲分散過程中加入二氧化鈦，使其均勻分散在石墨烯的表面。由于石墨烯的高比表面積對甲醛具有很好的吸附效果，在吸附甲醛的過程中，一方面功能化石墨烯表面的氨基集團與甲醛進行反應，另一方面二氧化鈦能夠促進甲醛的分解，從而顯著的降低了甲醛在吸附后游離現象的出現，因此，本發明方法制備的經氨水和水合肼改性得到的功能化石墨烯，在二氧化鈦的協同作用下，對空氣中的甲醛具有非常好的吸附效果的同時，有效地抑制了吸附后甲醛的游離。

附圖說明

圖1：功能化石墨烯的xrd測試圖；

圖2：功能化石墨烯的sem圖；

圖3：功能化石墨烯的ft-ir圖；

圖4：實施例1經功能化石墨烯吸附后的甲醛濃度隨時間的變化曲線。

具體實施方式

實施例1

(1)將二氧化鈦：氧化石墨烯按照20:1的質量比加入去離子水中，使氧化石墨烯的質量濃度為0.03％，在攪拌速度為200轉/分鐘下超聲分散25分鐘，得到氧化石墨烯、二氧化鈦分散液，置于圓底燒瓶中；

(2)按照10:1的質量比向步驟(1)的燒瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均勻，得到混合液；

(3)將步驟(2)得到的混合液置于85℃油浴鍋中反應2小時，得到反應液；

(4)將步驟(3)得到的反應液冷卻后離心分離，洗滌至近中性，經真空冷凍干燥得到功能化石墨烯粉末。

采用固定式甲醛檢測儀對經該方法制備的功能化石墨烯吸收后的甲醛氣體濃度進行檢測，儀器的基線平穩后初始甲醛濃度為0.5ppm，樣品溫度恒定在20℃。從圖4可知：經該方法制備的功能化石墨烯吸附后的甲醛濃度經過6小時吸附達到平穩，甲醛去除率達到97％。

實施例2

(1)將二氧化鈦：氧化石墨烯按照20:1的質量比加入去離子水中，使氧化石墨烯的質量濃度為0.05％，在攪拌速度為250轉/分鐘下超聲分散25分鐘，得到氧化石墨烯、二氧化鈦分散液，置于圓底燒瓶中；

(2)按照15:1的質量比向步驟(1)的燒瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均勻，得到混合液；

(3)將步驟(2)得到的混合液置于95℃油浴鍋中反應1小時，得到反應液；

(4)將步驟(3)得到的反應液冷卻后離心分離，洗滌至近中性，經真空冷凍干燥得到功能化石墨烯粉末。

測試方法同實施例1，經該方法制備的功能化石墨烯吸附甲醛，經過6小時吸附，甲醛去除率達到98.2％。

實施例3

(1)將二氧化鈦：氧化石墨烯按照30:1的質量比加入去離子水中，使氧化石墨烯的質量濃度為0.05％，在攪拌速度為250轉/分鐘下超聲分散25分鐘，得到氧化石墨烯、二氧化鈦分散液，置于圓底燒瓶中；

(2)按照15:1的質量比向步驟(1)的燒瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均勻，得到混合液；

(3)將步驟(2)得到的混合液置于100℃油浴鍋中反應0.5小時，得到反應液；

(4)將步驟(3)得到的反應液冷卻后離心分離，洗滌至近中性，經真空冷凍干燥得到功能化石墨烯粉末。

測試方法同實施例1，經該方法制備的功能化石墨烯用于吸附甲醛，經過6小時吸附，甲醛去除率達到97.6％。

實施例4

(1)將二氧化鈦：氧化石墨烯按照20:1的質量比加入去離子水中，使氧化石墨烯的質量濃度為0.06％，在攪拌速度為300轉/分鐘下超聲分散25分鐘，得到氧化石墨烯、二氧化鈦分散液，置于圓底燒瓶中；

(2)按照20:1的質量比向步驟(1)的燒瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均勻，得到混合液；

(3)將步驟(2)得到的混合液置于100℃油浴鍋中反應0.5小時，得到反應液；

(4)將步驟(3)得到的反應液冷卻后離心分離，洗滌至近中性，經真空冷凍干燥得到功能化石墨烯粉末。

測試方法同實施例1，經該方法制備的功能化石墨烯吸附甲醛，經過6小時吸附，甲醛去除率達到97.9％。

對比實施例1

(1)將氧化石墨烯加入去離子水中，使氧化石墨烯的質量濃度為0.05％，在攪拌速度為250轉/分鐘下超聲分散25分鐘，得到氧化石墨烯分散液，置于圓底燒瓶中；

(2)按照15:1的質量比向步驟(1)的燒瓶中加入氨水和水合肼，充分混合均勻，得到混合液；

(3)將步驟(2)得到的混合液置于95℃油浴鍋中反應1小時，得到反應液；

(4)將步驟(3)得到的反應液冷卻后離心分離，洗滌至近中性，經真空冷凍干燥得到功能化石墨烯粉末。

測試方法同實施例1，經該方法制備的功能化石墨烯吸附甲醛，經過6小時吸附后，甲醛去除率為87.9％。

對比實施例2

測試方法同實施例1，將市售石墨烯用于吸附甲醛，經過6小時吸附，甲醛去除率僅為65.9％。