基于石墨烯包覆金属的环境功能材料及其制备方法和应用
阅读：1030发布：2020-06-06
专利汇可以提供基于石墨烯包覆金属的环境功能材料及其制备方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于 石墨 烯包覆金属的环境功能材料，所述环境功能材料具有以金属纳米颗粒为核、 石墨烯 为壳的 核壳结构 粉体，石墨烯壳层的表面修饰有 氨 基。其制备方法中，采用 电弧 放电法在含有氨气或氢气/氮气混合气体的气氛下进行，采用电弧放电技术一步合成表面氨基化修饰的石墨烯包覆金属纳米颗粒的环境功能材料，其制备工艺简单、易于实现，并且通过在材料表面修饰有氨基，增加其表面官能团数量，由此提升了该材料对 水 体 中重 金属离子 、 放射性 核素离子等污染物络合能 力 ，进而可以对痕量重金属离子和 放射性核素 离子实现高灵敏度高选择性快速检测、对较高浓度重金属离子和放射性核素离子实现有效 吸附 去除、对芳香型有机污染物实现高效催化还原。，下面是基于石墨烯包覆金属的环境功能材料及其制备方法和应用专利的具体信息内容。
1.一种基于石墨烯包覆金属的环境功能材料，其特征在于，所述环境功能材料具有以金属纳米颗粒为核、石墨烯为壳的核壳结构粉体，所述石墨烯壳层的表面修饰有氨基。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料，其特征在于，所述环境功能材料中，每克环境功能材料所修饰的氨基数量为1.0×1018～9.9×1019。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料，其特征在于，所述金属纳米颗粒为等离子体激元金、银或铜纳米颗粒。
4.根据权利要求1-3所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料，其特征在于，所述环境功能材料的核层中还包含有磁性纳米颗粒。
5.根据权利要求4所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料，其特征在于，所述磁性纳米颗粒为铁与碳化铁复合颗粒、镍与碳化镍复合颗粒或者是钴与碳化钴复合颗粒。
6.一种如权利要求1-5任一所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S10、制备石墨阴极和石墨阳极，所述石墨阳极的一端设置有用于容纳粉末材料的孔；
S20、将等离子激元金属粉末、石墨粉与石墨粘合剂相互混合，或者是将等离子体激元金属粉末、石墨粉和磁性材料粉末与石墨粘合剂相互混合，制备形成复合粉末材料；
S30、将所述复合粉末材料填充至所述石墨阳极的孔中，制备获得复合阳极；
S40、将所述石墨阴极和复合阳极装配于电弧放电设备中，向反应腔室中通入氨气与惰性气体的混合气体或者是氢气、氮气与惰性气体的混合气体；
S50、控制所述电弧放电设备在所述石墨阴极和复合阳极之间进行电弧放电，放电结束后收集反应腔室中的的粉体材料，制备获得所述环境功能材料。
7.根据权利要求6所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料的制备方法，其特征在于，进行电弧放电时，放电电流为50A～200A，放电电压为10V～30V，放电气氛的压力为
10Torr～700Torr，放电时间为0.5min～10min。
8.根据权利要求6所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料的制备方法，其特征在于，向反应腔室中通入的气体为氨气与惰性气体的混合气体时，氨气与惰性气体的体积比为(0.05％～100.0％):(99.95％～0.0％)；向反应腔室中通入的气体为氢气、氮气与惰性气体的混合气体时，氢气、氮气与惰性气体之间的体积比为(0.05％～50％):(0.05％～
50.0％):(99.0％～0.0％)。
9.根据权利要求6所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料的制备方法，其特征在于，所述复合粉末材料为等离子体激元金属粉末、石墨粉与石墨粘合剂的混合材料时，等离子体激元金属粉末、石墨粉与石墨粘合剂之间的质量比为(1～10):(10～1):1；所述复合粉末材料为等离子体激元金属粉末、石墨粉和磁性材料粉末与石墨粘合剂的混合材料时，等离子体激元金属粉末、石墨粉和磁性材料粉末与石墨粘合剂之间的质量比为(1～10):(1～
10):(10～1):1。
10.如权利要求1-5任一所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料的应用，包括：用于作为吸附剂吸附去除水体中重金属离子和核素离子污染物的应用、用于作为催化剂对水体中芳香型有机污染物进行催化还原的应用以及用于对水体中痕量重金属离子和核素离子的检测的应用。
基于石墨烯包覆金属的环境功能材料及其制备方法和应用
技术领域
背景技术
[0002] 随着经济的快速发展，在矿冶、机械制造、化工、电子、仪表、电镀、制药等工业生产过程中会产生各种不同的污染物，如重金属离子(如铬、镉、铜、汞、镍、锌等)、放射性核素离子(例如铀)等，进入水体环境会造成大量的污染。水体污染物因类型不同而具有不同的特性和毒性，能显著增加癌症等恶性疾病的发病率，给人民健康和环境造成严重威胁。如20世纪60年代发生在日本的由含汞废水和含镉废水污染水体造成的水俣病和痛痛病；而人类长期饮用有机物类污染水，则可引起头晕、出疹、发痒、贫血及各种神经系统疾病；对于化学毒性和放射性毒性的重金属，会造成环境本底辐射，造成物种基因畸变，对植物、农田和土壤产生不可逆转的破坏。
[0003] 当前，应用于治理水体污染物的主要物理化学方法有：离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、沉淀法、反渗透、电渗析和电解法等，在众多的处理方法中，吸附法因具有操作简单、高效、经济环保等优点成为水体污染物治理研究的热点技术。施用到水体中的吸附剂材料，可以通过吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等一系列的物理、化学和生物作用，降低水体中各种污染物的浓度，使其达到允许排放水体标准。同时，为了确保目标水体使用的安全性，也需要对水体中痕量污染物的未知浓度进行快速检测。
[0004] 近年来，等离子体激元金属纳米材料因其特有的局域等离子体共振特性、催化活性，在水体重金属离子、放射性核素、有机污染物的痕量检测和浓度控制领域有着优异的应用前景。常用的等离子体激元贵金属纳米材料包括纳米尺度的金、银、铜纳米颗粒。然而，等离子体激元贵金属纳米材料在实际应用过程中受到诸多限制，主要包括以下三点：第一，裸露的金属纳米材料与许多被分析物的化学亲和力较低，很难在众多混合物中与所需要的被分析物进行选择性作用；第二，纳米材料表面活性高，极易受到氧气、水分等物质的侵蚀而丧失活性；第三，纳米材料本身易发生团聚。考虑到以上因素，迫切需要在裸露的等离子体激元贵金属纳米材料表面包覆上保护层，以确保其正常可靠的使用。在众多包覆材料中，石墨材料因其化学和热稳定性高，且与诸多物质(如药剂、催化活性物质)间具有良好的兼容性而脱颖而出。石墨基包覆壳层既可以有效避免金属核的直接暴露，又可以作为进一步功能化修饰、接枝复合的平台载体。
[0005] 目前，制备碳包覆金属纳米材料的方法有激光烧蚀、电弧放电、化学气相沉积、水热处理和化学还原法等。这些方法中，有些限于苛刻反应条件和低产率(如化学气相沉积)，有些限于昂贵设备费用(如激光烧蚀)，有些限于复杂冗长反应过程、副产物多和环境不友好(如湿化学合成)。电弧放电技术，其一步合成具有快速便捷、设备简单、成本低，产物高质量、高产量等优点，在制备碳包覆金属纳米材料的方法中得到广泛应用。为了制备出具有高治理容量、快处理速率的高效生物炭环境材料，有必要对由电弧放电制备获得的碳包覆金属纳米材料的吸附材料进一步改性活化。目前的改性方法主要是采用化学的方法在吸附材料的表面接枝聚合物官能团，这种方法引入了高分子化学材料，价格昂贵且操作步骤复杂。
发明内容
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
[0009] 具体地，所述环境功能材料中，每克环境纳米所修饰的氨基数量为1.0×1018～9.919
×10 。
×10 。
[0010] 具体地，所述金属纳米颗粒为等离子体激元金、银或铜纳米颗粒。
[0011] 具体地，所述环境功能材料的核层中还包含有磁性纳米颗粒。
[0013] 本发明还提供了如上所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料的制备方法，其包括步骤：
[0016] S30、将所述复合粉末材料填充至所述石墨阳极的孔中，制备获得复合阳极；
[0017] S40、将所述石墨阴极和复合阳极装配于电弧放电设备中，向反应腔室中通入氨气与惰性气体的混合气体或者是氢气、氮气与惰性气体的混合气体；
[0018] S50、控制所述电弧放电设备在所述石墨阴极和复合阳极之间进行电弧放电，放电结束后收集反应腔室中的粉体材料，制备获得所述环境功能材料。
[0020] 具体地，向反应腔室中通入的气体为氨气与惰性气体的混合气体时，氨气与惰性气体的体积比为(0.05％～100.0％):(99.95％～0.0％)；向反应腔室中通入的气体为氢气、氮气与惰性气体的混合气体时，氢气、氮气与惰性气体之间的体积比为(0.05％～50％):(0.05％～50.0％):(99.0％～0.0％)。
[0021] 具体地，所述复合粉末材料为等离子体激元金属粉末、石墨粉与石墨粘合剂的混合材料时，等离子体激元金属粉末、石墨粉与石墨粘合剂之间的质量比为(1～10):(10～1):1；所述复合粉末材料为等离子体激元金属粉末、石墨粉和磁性材料粉末与石墨粘合剂的混合材料时，等离子体激元金属粉末、石墨粉和磁性材料粉末与石墨粘合剂之间的质量比为(1～10):(1～10):(10～1):1。
[0022] 本发明还提供了如上所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料的应用，包括：用于作为吸附剂吸附去除水体中重金属离子和核素离子污染物的应用、用于作为催化剂对水体中芳香型有机污染物进行催化还原的应用以及用于对水体中痕量重金属离子和核素离子的检测的应用。
[0023] 本发明实施例提供的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料，所述环境功能材料具有以金属纳米颗粒为内核、石墨烯为壳层的核壳结构粉体，所述石墨烯壳层的表面修饰有氨基。其制备方法中，采用电弧放电法制备获得石墨烯包覆的金属纳米颗粒作为环境功能材料，并且电弧放电过程是在含有氨气或氢气/氮气混合气体的气氛下进行，在制备获得石墨烯包覆金属环境功能材料的同时，又使得该材料表面修饰有氨基，即，采用电弧放电技术一步合成表面氨基化的石墨烯包覆金属环境功能材料，其制备工艺简单、易于实现，并且通过在材料表面修饰有氨基基团，增加了其表面官能团数量，由此提升了该材料对水体中重金属离子、放射性核素离子等污染物络合能力，进而可以对痕量重金属离子、放射性核素离子实现高灵敏度高选择性快速检测、对较高浓度重金属离子/放射性核素离子实现有效吸附去除、对芳香型有机污染物实现高效催化还原。附图说明
[0024] 图1是本发明实施例提供的环境功能材料的制备方法的工艺流程图；
[0026] 图3和图4是本发明实施例1制备获得的环境功能材料的TEM图；
[0027] 图5和图6是本发明实施例2制备获得的环境功能材料的TEM图；
[0028] 图7和图8是本发明实施例2制备获得的环境功能材料对有机染料进行还原测试的照片图示；
[0029] 图9和图10是本发明实施例3制备获得的环境功能材料的TEM图。
具体实施方式
[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
[0031] 在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0032] 本实施例提供了一种基于石墨烯包覆金属的的环境功能材料，所述环境功能材料具有以金属纳米颗粒为内核、石墨烯为壳层的核壳结构纳米粉体，所述石墨烯壳层的表面修饰有氨基。采用石墨烯包覆金属纳米颗粒形成为核壳结构的环境功能材料，并且在石墨烯壳层的表面进行高浓度的氨基基团修饰，提升了该环境功能材料对水体中污染物的络合能力。其中，所述环境功能材料中，每克所述环境功能材料所修饰的氨基数量可以达到1.0×1018～9.9×1019。
[0033] 具体地，所述金属纳米颗粒为等离子体激元金属纳米材料，例如是金、银或铜纳米颗粒。所述金属纳米颗粒的粒径为5nm～5μm。需要说明的是，本发明中所述的金属纳米颗粒可以是纳米球或纳米线的形式存在。若是纳米球，则其粒径为5nm～500nm；若是纳米线，则其线径为5nm～100nm，长度为1～5μm。
[0034] 进一步地，所述环境功能材料的核层中还包含有磁性纳米颗粒。环境功能材料吸附水体中的污染物之后，需要将环境功能材料与液相进行分离，而等离子体激元金属纳米材料常因其尺寸效应难以实现其与液相的有效分离，采用离心、过滤等手段无疑进一步提高材料的分离成本。从实际应用角度出发，如果把磁性纳米材料复合引入到等离子体激元金属纳米材料上作为复合材料，将有利于其经济有效地分离回收与再利用。
[0035] 在优选的方案中，所述磁性纳米颗粒优选为铁/碳化铁纳米颗粒。在另一些实施例中，磁性纳米颗粒还可以选择为镍/碳化镍纳米颗粒或者是钴/碳化钴纳米颗粒。进一步地，所述磁性纳米颗粒的粒径为10nm～200nm。
[0036] 参阅图1，如上所述的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料的制备方法包括步骤：
[0037] S10、制备石墨阴极和石墨阳极，所述石墨阳极的一端设置有用于容纳粉末材料的孔。
[0038] 具体地，可以选择两根直径为0.5cm～2cm、长度为1cm～10cm的石墨材料电极，其中之一的一端削尖形成所述石墨阴极，另一根在其一端钻孔形成所述石墨阳极，孔的直径可以设置在0.3cm～1.8cm的范围内，孔深可以设置在0.9cm～9cm的范围内。
[0039] S20、将等离子体激元金属粉末、石墨粉与石墨粘合剂相互混合，或者是将等离子体激元金属粉末、石墨粉和磁性材料粉末与石墨粘合剂相互混合，制备形成复合粉末材料。
[0040] 具体地，所述复合粉末材料为等离子体激元金属粉末、石墨粉与石墨粘合剂的混合材料时，等离子体激元金属粉末、石墨粉与石墨粘合剂之间的质量比选择为(1～10):(10～1):1的范围内；所述复合粉末材料为等离子体激元金属粉末、石墨粉和磁性材料粉末与石墨粘合剂的混合材料时，等离子体激元金属粉末、石墨粉和磁性材料粉末与石墨粘合剂之间的质量比为(1～10):(1～10):(10～1):1。
[0041] 其中，所述等离子体激元金属粉末例如是金粉、银粉或铜粉。所述磁性材料粉末可以选择为氧化铁、氧化镍或氧化钴；选择使用氧化铁时，经过电弧放电后，最终形成的磁性纳米颗粒为铁与碳化铁的复合纳米颗粒；选择使用氧化镍时，经过电弧放电后，最终形成的磁性纳米颗粒为镍与碳化镍的复合纳米颗粒；选择使用氧化钴时，经过电弧放电后，最终形成的磁性纳米颗粒为钴与碳化钴的复合纳米颗粒。
[0042] S30、将所述复合粉末材料填充至所述石墨阳极的孔中，制备获得复合阳极。
[0043] 具体地，将所述复合粉末材料填充至所述石墨阳极的孔中之后，将所述石墨阳极在温度为100℃～300℃加热1h～24h，制备获得复合阳极。
[0044] S40、将所述石墨阴极和复合阳极装配于电弧放电设备中，向反应腔室中通入氨气与惰性气体的混合气体或者是氢气、氮气与惰性气体的混合气体。
[0045] 具体地，向反应腔室中通入的气体为氨气与惰性气体的混合气体时，氨气与惰性气体的体积比可以选择为(0.05％～100.0％):(99.95％～0.0％)的范围内；向反应腔室中通入的气体为氢气、氮气与惰性气体的混合气体时，氢气、氮气与惰性气体之间的体积比可以选择为(0.05％～50％):(0.05％～50.0％):(99.0％～0.0％)的范围内。其中，所述惰性气体为氩气或氦气。需要说明的是，以上所述的混合气体中，当惰性气体的体积比例为0.0％时，即，通入的气体为纯氨气或者是仅通入氢气与氮气。
[0046] S50、控制所述电弧放电设备在所述石墨阴极和复合阳极之间进行电弧放电，放电结束后收集反应腔室中的纳米粉体，制备获得所述环境功能材料。
[0047] 具体地，进行电弧放电时，放电电流可以设置为50A～200A的范围内，放电电压可以设置为10V～30V的范围内，放电气氛的压力可以设置为10Torr～700Torr的范围内，放电时间可以设置为0.5min～10min的范围内。
[0048] 本发明中，采用电弧放电法，一方面可以实现石墨烯包覆等离子体激元金属纳米材料形成为核壳结构的环境功能材料。
[0049] 另一方面，电弧放电过程是在包含有氨气(或氢气与氮气的组合)的放电气氛下进行，在制备获得石墨烯包覆结构的环境功能材料的同时，又使得环境纳米材料的表面修饰有氨基，其工艺原理是：电弧放电通过电场引发等离子体，等离子体中心位置产生大量的高能活性粒子，其中氮粒子通过与碳源有效键合而参与到石墨烯壳层本体的构建中，氢粒子通过刻蚀碳源来调控石墨烯壳层厚度；在距电弧中心位置较远处则分布着众多亚稳态的活性基团，如氨基、亚氨基等，这些基团与石墨壳层表面的碳原子形成新键，赋予材料表面新的特性，实现表面氨基官能化修饰。一些具体反应过程包括如下反应式：
[0050] e+Ar→Ar*+e，
[0051] e+C→C*+e，
[0052] N2+Ar*→N*+N*+Ar，
[0053] H2+Ar*→H*+H*+Ar，
[0054] N*+H*→NH，
[0055] He*+NH3→NH2+H+He，
[0056] He*+NH3→NH+H+H+He，
[0057] He*+NH3→N+H+H+H+He，
[0058] NH2+C→C-NH2，
[0059] NH+C→C-NH，
[0060] N+C→C-N。
[0061] 本发明实施例提供的基于石墨烯包覆金属的环境功能材料及其制备方法，其具有如下优势：
[0062] (1)、通过在石墨烯包覆金属纳米颗粒的核壳结构材料表面修饰有氨基基团，增加了环境功能材料表面氨基官能团数量，由此提升了环境功能材料对水体中重金属离子和放射性核素离子等污染物络合能力。本发明实施例制备获得的环境纳米材料可以高灵敏度高选择性地快速检测重金属、核素离子，可以有效地富集水体中的重金属、核素离子等污染物，可以高效还原转化芳香型有机污染物，实现了材料的高附加值利用。
[0063] (2)、在采用电弧放电法制备获得核壳结构的环境功能材料的同时，使用包含有氨气(或氢气与氮气的组合)的放电气氛，使得环境功能材料的表面修饰有氨基，即，采用电弧放电技术一步合成表面氨基改性的石墨烯包覆金属纳米颗粒的环境功能材料，相比于现有中先制备获得核壳结构的环境功能材料，再采用湿法化学改性的方式，可以避免交联剂、偶联剂等化学试剂的使用，不产生大量二次污染物，无需湿法化学处理过程中所必须的废液/废固处理等工序，具有省时高效、环境友好的效果，本发明的方法具有工艺简单、易于实现且陈本更低的优点。
[0064] 另外，针对给定条件下制备出的环境功能材料，本发明中可以在进行电弧放电处理时控制其工作电压、电流、时间等参数，从而控制最后获得的氨基化修饰的环境功能材料中氨基基团的数量。其中，本发明采用了如下的方法对环境功能材料中氨基基团的数量进行测定：
[0065] 采用Sulfo-LC-SPDP双功能交联剂与一定质量的氨基化修饰的环境功能材料进行反应，生成Pyridyldithiol活化材料；再将Pyridyldithiol活化的材料进一步与二硫苏糖醇反应，将Pyridine 2-thione裁剪下来；通过分析Pyridine 2-thione在343nm处的吸收峰值，定量计算出Pyridine 2-thione浓度；氨基浓度与Pyridine 2-thione浓度相同，进而可以计算出单位质量环境功能材料所含氨基的具体数量。
[0066] 实施例1
[0067] (1)、制备电弧放电的石墨阴极和石墨阳极，其中，石墨阳极的一端设置有孔径为0.7cm、孔深为5cm的孔。
[0068] (2)、将石墨粉、金粉、氧化铁粉和石墨粘合剂按照质量比为2:1:1:1的比例混合，制备形成复合粉末材料。
[0069] (3)、将所述复合粉末材料填充至石墨阳极的孔中，在120℃的温度下加热24h，制备获得复合阳极。
[0070] (4)、将所述石墨阴极和复合阳极装配于电弧放电设备中进行电弧放电。电弧放电气氛为氨气与氩气(体积比为1.0％：99.0％)，工作压力100Torr，工作电流200A，工作电压为30V，工作时间2min。放电结束后，收集反应完成的粉体材料，制备获得环境功能材料。
[0071] 图2是本实施例获得的环境功能材料的X射线光电子能谱图(曲线1.0％NH3)。作为对比，本实施例还在其他条件相同的情况下仅将放电气氛变更为纯氩气制备获得对比环境功能材料，其X射线光电子能谱也在图2中示出(曲线0％NH3)。
[0072] 从图2的曲线1.0％NH3可以看出明显的N1s峰，说明了放电气氛含有氨气时，制备获得的环境功能材料的表面含有氨基基团。按照前述介绍的方法对环境功能材料中氨基基团的数量进行测定，本实施例制备获得的环境功能材料中，每克环境功能材料所修饰的氨基数量最高可以达到2.5×1019。
[0073] 图3和图4是本实施例制备获得的环境功能材料的不同放大倍率的TEM图，从图3和图4可以看出，铁化合物、金内核均被石墨材料包覆，金核围绕铁化合物分布，呈卫星结构。
[0074] 本实施例将制备获得的环境功能材料进行水体污染物(主要是重金属离子和放射性核素离子)控制的实验验证，以下先对实验验证过程进行说明。吸附水体污染物的实验过程主要采用静态吸附批实验在250mL的锥形瓶中进行，具体实验过程如下：
[0075] (S1)、称取一定质量的含有吸附质的化合物(即含有污染物的溶液，例如氯化铅、氯化镉、氯化铜、硝酸铀酰等)溶于去离子水中，配置成1000mg/L的污染物吸附质的储备液。
[0076] (S2)、称取一定质量的吸附剂(表面氨基化修饰的环境功能材料)置于锥形瓶中，然后加入一定体积的污染物吸附质的储备液和一定体积的去离子水，使得各种物质组分的浓度能达到条件实验的设定值。
[0077] (S3)、放置一段时间使得吸附反应达到平衡。在实验中，可以利用0.1mol/L HCl和0.01mol/L NaOH溶液调节反应液到一定的pH条件，并将反应置于恒温水浴振荡器中进行，以尽快达到吸附平衡。
[0078] (S4)待吸附反应时间完毕，利用高速离心机使吸附剂和水相溶液分离，利用ICP-MS、紫外分光光度法或离子色谱法测量上清液中剩余污染物的浓度，即为水相中污染物的平衡浓度。根据污染物的初始和平衡浓度以及吸附剂的用量，可以有以下公式(A)和(B)分别计算出污染物的吸附的百分比(％)和吸附量(qe,mg/g)：
[0079] 公式(A)和(B)中，C0和Ce分别为水相中起始的污染物浓度和吸附平衡后的水相中剩余的污染物浓度，m为吸附剂的质量，V为吸附系统溶液的总体积。
[0080] 按照以上介绍的实验验证方法，将本实施例制备获得的环境功能材料用于水体中各种污染物的去除研究，调节各种实验条件，待吸附平衡后经分析测试后，结果如下表1所示。
[0081] 表1：表面修饰有氨基的环境功能材料对水体中污染物的去除性能
[0082]
[0083]
[0084] 从表1可以看出，本实施例制备获得的环境功能材料能够有效吸附去除水体中的重金属离子和放射性核素离子污染物，特别是对重金属离子具有高效的吸附能力。
[0085] 本实施例还将制备获得的环境功能材料进行高效催化还原芳香型有机污染物的性能评估，评估方法如下：将一定质量的硼氢化钠分别加入指定浓度的有机污染物(对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等)水溶液中，将一定质量的环境功能材料作为催化剂加入到所述有机污染物水溶液中，使用紫外可见分光光度计有机污染物的吸收特征峰随还原时间的变化情况，或使用照相机记录有机污染物(有机染料)的脱色情况。
[0086] 按照以上介绍的评估方法，将本实施例制备获得的环境功能材料用于对水体中的对硝基苯酚的催化还原转换性能进行研究，分析测试获得如下表2的数据。
[0087] 表2：表面修饰有氨基的环境功能材料对水体中对硝基苯酚的催化还原转换性能[0088]
[0089] 从表2可以看出，所制备的环境功能材料具有极高的活性因子，显著高于许多已报道的催化剂材料还原对硝基苯酚的活性因子。
[0090] 实施例2
[0091] (1)、制备电弧放电的石墨阴极和石墨阳极，其中，石墨阳极的一端设置有孔径为1cm、孔深为3cm的孔。
[0092] (2)、将石墨粉、铜粉和石墨粘合剂按照质量比为1:1:2的比例混合，制备形成复合粉末材料。
[0093] (3)、将所述复合粉末材料填充至石墨阳极的孔中，在200℃的温度下加热12h，制备获得复合阳极。
[0094] (4)、将所述石墨阴极和复合阳极装配于电弧放电设备中进行电弧放电。电弧放电气氛为氨气与氩气(体积比为75.0％：25.0％)，工作压力150Torr，工作电流150A，工作电压为20V，工作时间1min。放电结束后，收集反应完成的粉体材料，制备获得环境纳米材料。
[0095] 图5和图6是本实施例制备获得的环境功能材料的不同放大倍率的TEM图，从图5和图6可以看出，制备获得的环境功能材料中，铜纳米线表面包覆有3～5层石墨烯。按照前文介绍的方法对环境功能材料中氨基基团的数量进行测定，本实施例制备获得的环境功能材18
料中，每克环境功能材料所修饰的氨基数量可以达到5.7×10 。
料中，每克环境功能材料所修饰的氨基数量可以达到5.7×10 。
[0096] 参照实施例1中介绍的评估方法，将本实施例制备获得的环境功能材料用于对水体中的对硝基苯酚的催化还原转换性能进行研究，分析测试获得如下表3的数据。
[0097] 表3：表面修饰有氨基的环境功能材料对水体中对硝基苯酚的催化还原转换性能[0098]
[0099] 从表3可以看出，所制备的环境功能材料具有极高的活性因子，显著高于许多以报道的催化剂材料还原对硝基苯酚的活性因子。
[0100] 参照实施例1中介绍的评估方法，将本实施例制备获得的环境功能材料用于对水体中的有机染料(亚甲基蓝、甲基橙)的催化还原转换性能进行研究，考虑到上述环境功能材料对有机染料还原效率的过快，因此通过照片形式进行了记录。图7为表面修饰有氨基的环境功能材料对亚甲基蓝的催化还原脱色照片。图8为表面修饰有氨基的环境功能材料对甲基橙的催化还原脱色照片。
[0101] 从图7和图8可以看出，10mg/L的亚甲基蓝染料仅5秒即可完全被还原，还原效率相当之高，而平常较难还原或降解的甲基橙也在60秒左右完全还原完毕。所制备的环境功能材料对染料亚甲基蓝、甲基橙均表现出优异的催化活性。
[0102] 实施例3
[0103] (1)、制备电弧放电的石墨阴极和石墨阳极，其中，石墨阳极的一端设置有孔径为0.5cm、孔深为1cm的孔。
[0104] (2)、将石墨粉、银粉和石墨粘合剂按照质量比为1:2:1的比例混合，制备形成复合粉末材料。
[0105] (3)、将所述复合粉末材料填充至石墨阳极的孔中，在260℃的温度下加热2h，制备获得复合阳极。
[0106] (4)、将所述石墨阴极和复合阳极装配于电弧放电设备中进行电弧放电。电弧放电气氛为氨气与氩气(体积比为20.0％：80.0％)，工作压力100Torr，工作电流100A，工作电压为15V，工作时间3min。放电结束后，收集反应完成的粉体材料，制备获得环境纳米材料。
[0107] 图9和图10是本实施例制备获得的环境功能材料的不同放大倍率的TEM图，从图9和图10可以看出，制备获得的环境功能材料中，银核表面包覆有4～6层石墨烯。按照前文介绍的方法对环境功能材料中氨基基团的数量进行测定，本实施例制备获得的环境功能材料中，每克环境功能材料所修饰的氨基数量可以达到9.3×1018。
[0108] 本实施例将制备获得的环境功能材料进行检测痕量重金属离子、放射性核素的性能评估，评估方法如下：采用紫外可见分光光度计分析水溶液中环境功能材料的局域等离子体共振特征峰位置λmax及该位置的吸收峰值Absmax。将一定质量的环境功能材料分别加入指定浓度的重金属、核素离子水溶液中，记录局域等离子体共振特征峰位置λmax及该位置吸收峰值Absmax的变化，构建检测的线性范围，计算检测限。
[0109] 按照以上介绍的评估方法，将本实施例制备获得的环境功能材料用于对水体中的痕量重金属离子、放射性核素的检测性能进行研究，分析测试获得如下表4的数据。
[0110] 表4：表面修饰有氨基的环境功能材料对水体中痕量重金属离子、核素离子的检测性能
[0111]
[0112] 从表4可以看出，所制备的环境功能材料对水体中重金属铜、汞离子、核素铀酰离子均表现出优异的线性检测范围，最低线性检测值分别为1.0×10-8mol/L、1.0×10-9mol/L、2.0×10-8mol/L，该值远远低于这些污染物在饮用水中的安全浓度限，其中铜、汞、铀酰在饮用水中的安全浓度限分别为20×10-6mol/L、5.0×10-9mol/L、1.26×10-7mol/L。
[0113] 综上所述，本发明中采用电弧放电技术一步合成表面氨基改性的石墨烯包覆金属纳米颗粒的环境功能材料，其制备工艺简单、易于实现，制备获得的环境功能材料对水体污染物实现高灵敏度高选择性检测、可以有效富集和高效催化还原水体污染物。
[0114] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
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