專利名稱：金納米粒子/石墨炔復合膜及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及化學、材料、催化、環境領域，特別是涉及金納米粒子/石墨炔復合膜及其制備方法與應用。
背景技術：
碳材料具有優異的物理、化學性質，金屬納米粒子在碳材料表面的修飾在納米科學與技術中有著重要的應用。石墨炔的成功制備(G.X.Li，Y.L.Li，H. B. Liu, Y. B. Guo, Y. J. Li, D. B. Zhu. Chem. Commun.，2010，46，3256-3258.)，使得碳材料“家族”又誕生了一個新的成員。石墨炔具有特殊的電子結構，大的比表面和多孔結構，優良的化學、光和熱穩定性以及電學性能。金屬納米粒子在催化方面，尤其在光催化降解偶氮染料發面的應用已受到廣泛的關注(A. Henglein. Chem. Rev.，1989，89，1861-1873. L. N. Lewis. Chem. Rev.，1993，93，2667-2692. D. Astruc, F. Lu, J. R. Aranzaes. Angew. Chem. Int. Ed.，2005，44， 7852-7872.)，偶氮染料被廣泛用于紡織品、造紙、食品、皮革、化妝品和制藥工業，很難降解，因此對環境、生物有很大的危害(J. Q. Gao, R. Z. Jiang, J. Wang，P. L. Kang, B. X. Wang， Y. Li, K. Li, Χ· D. Zhang. Ultrason. Sonochem.，2011，18，541-548.)。目前用于降解偶氮染料的傳統方法有吸附、絮凝、生物方法以及化學方法(S. S. Patil, V.M. Shinde. Environ. Sci. Technol. , 1988, 22,1160-1165. Α. Τ. More, A. Vira, S. Fogel. Environ. Sci. Technol., 1989，23，403-406.)，這些方法通常在降解偶氮染料的過程中產生新的污染物，從而帶來新的污染，需要作進一步的處理(I.Arslan，I. A. Balcioglu, Τ. Tuhkanen，D. Bahnemann. J. Environ. Eng. ，2000，126,903-911. N. Stock, J. Peller, K. Vinodgopal, P. V. Kamat. Environ. Sci. Technol.，2000，34，1747-1750.)。近幾年先進氧化技術(advanced oxidation process)被成功用于降解偶氮染料，但由于技術條件的限制，此方法在實際應用中不能完全降解高濃度的偶氮染料(R. A. Torres, J. I. Nieto, Ε. Combet. App 1. Catal. B Environ.，2008，80，168-175.)。TiO2和ZnO納米粒子被廣泛用于降解偶氮染料，但TiO2和 SiO的電子空穴對重組較快，而且它們的帶隙較寬，只能吸收紫外光，這些因素都限制了其降解偶氮染料的效率，同時這些納米粒子均是粉末狀物質，不利于回收再利用(J.Q.feo， R. Ζ. Jiang, J. Wang, P. L. Kang, B. X. Wang, Y. Li, K. Li, X. D. Zhang. Ultrason. Sonochem., 2011，18,541-548.)。
發明內容
本發明的目的是提供一種金納米粒子/石墨炔復合膜(以下簡稱Au NPsiGDF)及其制備方法與應用。本發明提供的金納米粒子/石墨炔復合膜，由通過靜電穩定作用結合的金納米顆粒和石墨炔膜組成，所述金納米顆粒分布在所述石墨炔膜表面。所述金納米顆粒的粒徑為4-20nm，具體可為5 士 Inm至18 士 6nm、5 士 Inm至 15 士 6nm、5 士 Inm 至 12 士 4nm、5 士 Inm 至 10 士 2nm、10 士 2nm 至 18 士 6nm、10 士 2nm 至 15 士 6nm、10 士 aim 至 12 士 4nm、12 士 4nm 至 18 士 6nm、12 士 4nm 至 15 士 6nm 或 15 士 6nm 至 18 士 6nm，優選 8nm;所述金納米顆粒與所述石墨炔膜的質量比為1 1-10，具體可為1 2_10、1 3-10, 1 5-10,1 2-3,1 2-5 或 1 3-5，優選 1 2。本發明提供的制備上述金納米粒子/石墨炔復合膜的方法，包括如下步驟以石墨炔膜為載體，將含金化合物的水溶液、包覆劑和還原劑于水中混勻進行還原反應，得到所述金納米粒子/石墨炔復合膜。上述化學反應方程式如下
權利要求
1.一種金納米粒子/石墨炔復合膜，由通過靜電穩定作用結合的金納米顆粒和石墨炔膜組成，所述金納米顆粒分布在所述石墨炔膜表面。
2.根據權利要求1所述的復合膜，其特征在于所述金納米顆粒的粒徑為4-Mnm，優選 8nm;所述金納米顆粒與所述石墨炔膜的質量比為1 1-10，優選1 2。
3.根據權利要求1或2所述的復合膜，其特征在于所述金納米粒子/石墨炔復合是按照權利要求4-7任一所述方法制備而得。
4.一種制備權利要求1或2所述金納米粒子/石墨炔復合膜的方法，包括如下步驟 以石墨炔膜為載體，將含金化合物的水溶液、包覆劑和還原劑于水中混勻進行還原反應，反應完畢得到所述金納米粒子/石墨炔復合膜。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于所述含金化合物選自氯化金和氯金酸中的至少一種，優選氯金酸；所述包覆劑選自檸檬酸鈉、硫醇、十二胺和巰基乙酸中的至少一種，優選檸檬酸鈉；所述還原劑選自硼氫化鈉和硼氫化鉀中的至少一種，優選硼氫化鈉。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于所述含金化合物的水溶液的濃度為 0. 05mol/L-0. 2mol/L，優選 0. lmol/L ；所述含金化合物與所述石墨炔膜的質量比為25-45 1，優選37. 4 1 ； 所述包覆劑、還原劑與所述石墨炔膜的質量比為8-12 1 1.5-3，優選 10. 4 1 2. 1。
7.根據權利要求4-6任一所述的方法，其特征在于所述還原反應步驟中，溫度為 50C _30°C，優選25°C，時間為3-8小時，優選5小時。
8.一種光催化降解偶氮染料的產品，其活性成分為權利要求1-3任一所述金納米粒子/石墨炔復合膜。
9.權利要求1-3任一所述金納米粒子/石墨炔復合膜在光催化降解偶氮染料中的應用。
10.根據權利要求8所述產品或權利要求9所述的應用，其特征在于所述光催化劑降解步驟中所用的光源為太陽光；所述偶氮染料選自甲基紅、甲基橙、蘇丹紅和亞甲基藍中的至少一種，優選甲基紅。
11.根據權利要求8所述產品或權利要求9所述的應用，其特征在于所述權利要求 1-3任一所述金納米粒子/石墨炔復合膜的降解速度為0. 556毫克/小時每毫克金納米粒子/石墨炔，速率常數為0. OlSSSmirT1。
全文摘要
本發明公開了一種金納米粒子/石墨炔復合膜及其制備方法與應用。本發明提供的金納米粒子/石墨炔復合膜，由通過靜電穩定作用結合的金納米顆粒和石墨炔膜組成，所述金納米顆粒分布在所述石墨炔膜表面。該方法，包括如下步驟以石墨炔膜為載體，將含金化合物的水溶液、包覆劑和還原劑于水中混勻進行還原反應，得到金納米粒子/石墨炔復合膜。該方法工藝簡便，綠色環保。所得復合膜可在空氣中穩定存在，具有優良的催化效率，在太陽光照下光催化降解偶氮染料，降解速度為0.556毫克/小時每毫克金納米粒子/石墨炔，速率常數為0.01885min-1。該復合膜在化學、催化、環境、材料等領域具有潛在的應用前景。
文檔編號B01J23/52GK102350345SQ201110189980
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月7日 優先權日2011年7月7日
發明者劉輝彪, 李勇軍, 李國興, 李玉良 申請人:中國科學院化學研究所