技术领域
[0001] 本
发明涉及一种玛雅蓝材料，尤其涉及一种石墨烯玛雅蓝材料的制备方法及制成的石墨烯玛雅蓝材料，属于材料技术领域。
背景技术
[0002] 装修污染是新出现的环境污染，来源很多，主要是由于人们在装修过程中采用不合格装修材料以及不合理的设计造成的。依照污染物种类可以分为甲
醛污染、苯污染、
氨气污染、氡污染、铅污染等。这些污染物混合在空气中，通过
呼吸道进入人体，对人体产生各种不良影响。据称，氡、苯、甲醛、氨、三氯乙烯这些室内空气污染物会导致人体35.7％的呼吸道
疾病，22％的慢性
肺病和15％的气管炎、支气管炎和肺癌，它导致的是多系统、多器官、多组织、多细胞、多基因的损害，给人体带来了潜在的健康隐患。
[0003] 为避免装修污染的侵害，在选购装修材料时应避免使用含有有害物质的材料，采用符合国家标准的绿色建材。同时，还可以选用
吸附剂去除装修产生的污染。吸附剂具有大的比表面、适宜的孔结构及表面结构，对吸附质有强烈的吸附能
力，一般不与吸附质和介质发生化学反应，可使污染物成分附着在其颗粒表面。常用的吸附剂有以
碳质为原料的各种
活性炭吸附剂和金属、非金属
氧化物类吸附剂(如
硅胶、氧化
铝、分子筛、天然黏土等)，最具代表性的吸附剂是活性炭。活性炭主要依靠自身内部微小的孔隙对污染分子进行吸收，但是，吸收并不是真正的去除，吸收只是把污染物储存在活性炭的孔隙内，而污染物还是一直存在的。且由于活性炭的孔隙数量是有限的，污染分子向外释放一般长达几年，通常一个月以后活性炭的吸附量就逐渐达到饱和状态，饱和后的活性炭无法继续吸收污染物，甚至还会有已吸附的污染物向外释放，造成二次污染。
[0004] 针对现有吸附剂的局限性及
缺陷，玛雅蓝作为目前最主流的光触媒，用途越来越广。玛雅蓝拥有发达的孔隙，具有更大的吸附量，可吸附更多污染分子，不易饱和。且玛雅蓝对极性分子具有吸引作用，会对甲醛、苯、氨、TVOC等极性污染分子优先吸附、
锁定，使污染分子无法再向外释放。而吸收只是玛雅蓝除
去污染分子的第一步，玛雅蓝中的光触媒成分可将甲醛、苯系物、TVOC等污染分子分解成氧气、二氧化碳、氮气、
水等，然后继续吸收、分解、形成一个良性的循环，使用时间长、效果好。但是，现有的玛雅蓝发生催化的首要条件是太阳光，催化不稳定且效率低；其次，玛雅蓝在不稳定催化过程中自身容易被催化；再次，现有的玛雅蓝催化持久性不够。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对
现有技术中存在的上述问题，提出了一种
稳定性、催化持久性更好的石墨烯玛雅蓝材料的制备方法。
[0006] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种石墨烯玛雅蓝材料的制备方法，所述制备方法主要包括以下步骤：
[0007] S1、将玛雅蓝加入到水中，在78-91℃
温度下保温形成浆料，并在浆料中加入石墨烯混合得到石墨烯玛雅蓝浆料混合物；
[0008] S2、在惰性气体保护下将石墨烯玛雅蓝浆料混合物升温至850-960℃，保温3-10min，得到石墨烯玛雅蓝材料。
[0009] 在上述的一种石墨烯玛雅蓝材料的制备方法中，所述制备方法在无光条件下进行。由于玛雅蓝自身见光分解，所以本发明优选在无光条件下制备石墨烯玛雅蓝材料。
[0010] 在上述的一种石墨烯玛雅蓝材料的制备方法中，步骤S1中所述石墨烯玛雅蓝浆料混合物的组成成分及其
质量百分比为：玛雅蓝：80-85％，石墨烯：1.8-2.2％，余量为水。
[0011] 在上述的一种石墨烯玛雅蓝材料的制备方法中，所述玛雅蓝的组成成分及其质量百分比为：凹凸棒土：55-60％，海泡石：30-40％，电气石：3-8％，光触媒：1-3％。
[0012] 在上述的一种石墨烯玛雅蓝材料的制备方法中，所述光触媒为纳米TiO2。
[0013] 在上述的一种石墨烯玛雅蓝材料的制备方法中，所述石墨烯为羟基石墨烯。进一步优选通过氧化-分散-还原得到的羟基石墨烯。由于普通石墨烯太稳定破坏其分子键太难，本发明优选的羟基石墨烯在一定程度上更容易与玛雅蓝发生化学反应，该羟基石墨烯边缘含有羟基，共价键修饰羟基为活性基团，在本发明的制备条件下可以与玛雅蓝当中的(MgXOY，TiXOZ)发生
氧化还原反应生成更为稳定、催化性能更持久的石墨烯玛雅蓝材料。
[0014] 本发明另一个目的在于提供上述制备方法制成的石墨烯玛雅蓝材料，所述石墨烯玛雅蓝材料的通式为CNMgXTiWO(Y+Z-M/2)；
[0015] 其中，N≥6，M≥6，Y+Z-M/2≥1，且均为整数。
[0016] 在上述的石墨烯玛雅蓝材料中，所述石墨烯玛雅蓝材料的通式中Y和X均为整数，且Y/X≥1。
[0017] 在上述的石墨烯玛雅蓝材料中，所述石墨烯玛雅蓝材料的通式中Z和W均为整数，且Z/W≥2。
[0018] 石墨烯是碳
原子以sp2混成轨域呈
蜂巢晶格排列构成的
单层二维晶体，结构非常稳定，碳碳键仅为 且几乎完全透明，透光性高达97.7％，导热系数高达5300W/m·K，在非极性
溶剂中表现出良好的溶解性。因此，在本发明的条件下，石墨烯的C＝C键及羟基键可以充分打开与玛雅蓝中的MgXOY、TiXOZ等发生化学反应生成石墨烯玛雅蓝材料，具体反应方程式为：
[0019] CN(OH)M+MgXOY+TiWOZ→CNMgXTiWO(Y+Z-M/2)+M/2(H2O)。
[0020] 上述反应方程式中，若羟基石墨烯本身存在断键等缺陷，在反应过程中会有微量CO2生成，但可忽略不计，不影响本发明最终反应生成石墨烯玛雅蓝材料。
[0021] 与现有技术相比，本发明的石墨烯玛雅蓝材料制备成本低，方法简单。制成的石墨烯玛雅蓝材料通过石墨烯的透光性大幅度提升了玛雅蓝的光线条件，能在1Lux以下的弱光环境中
加速有害气体CXHYOZ(甲醛、乙苯等)分解生成H2O和CO2。另外，石墨烯中稳定碳碳键与玛雅蓝富镁、富
钛等(MgXOY，TiXOZ)在本发明的制备方法下生成更稳定的石墨烯玛雅蓝材料，能有效遏制玛雅蓝自身被催化的缺陷，以及增强玛雅蓝催化CXHYOZ(甲醛、乙苯等有害气体)的持久性等效能。
具体实施方式
[0022] 以下是本发明的具体
实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0023] 实施例1：
[0024] 在遮光器皿中加入液态水，常压对其进行持续加热至
沸腾。然后将玛雅蓝加入器皿，进行充分搅拌均匀后在80℃温度中保温20min混合形成稠状浆料。然后在80℃的浆料中加入羟基石墨烯充分搅拌10分钟，得到石墨烯玛雅蓝浆料混合物。混合物中玛雅蓝占83wt％，石墨烯占2wt％，液态水占15wt％。其中，玛雅蓝中凹凸棒土占57wt％，海泡石占
36wt％，电气石占5wt％，光触媒TiO2占2wt％。
[0025] 然后，在氩气保护下将石墨烯玛雅蓝染料混合物升温至900℃，保温5min后停止氩气供气并停止加热，余量液态水逐渐挥发，析出的有机物即为石墨烯玛雅蓝材料，石墨烯玛雅蓝材料的分子式为CNMgXTiWO(Y+Z-M/2)，其中，Y、X、Z、W均为整数，且Y/X≥1，Z/W≥2，N、M均为≥6的整数，Y+Z-M/2≥1且为整数。
[0026] 实施例2-5：
[0027] 实施例2-5与实施例1的区别仅在于，实施例2-5的石墨烯玛雅蓝浆料混合物中石墨烯分别占1.8wt％、1.9wt％、2.1wt％、2.2wt％，玛雅蓝均占83wt％，余量均为液态水。
[0028] 对比例1-4：
[0029] 对比例1-4与实施例1的区别仅在于，对比例1-4的石墨烯玛雅蓝浆料混合物中石墨烯分别占1.0wt％、1.5wt％、2.5wt％、3.0wt％，玛雅蓝均占83wt％，余量均为液态水。
[0030] 对比例5：
[0031] 对比例5与实施例1的区别仅在于，对比例5的石墨烯为市售普通石墨烯(非羟基石墨烯)，未制成石墨烯玛雅蓝材料。
[0032] 对比例6：
[0033] 对比例6为玛雅蓝材料，玛雅蓝中凹凸棒土占57wt％，海泡石占36wt％，电气石占5wt％，光触媒TiO2占2wt％。
[0034] 将实施例1-5与对比例1-6的材料进行性能测试，测试结果如表1所示。
[0035] 表1：
[0036]
[0037] 从表1可知：本发明制成的石墨烯玛雅蓝材料通过石墨烯的透光性大幅度提升了玛雅蓝的光线条件，能在1Lux以下的弱光环境中加速有害气体化CXHYOZ(甲醛、乙苯等)分解生成H2O和CO2。另外，本发明制成的石墨烯玛雅蓝材料稳定
临界温度更高，稳定性更强，能有效遏制玛雅蓝自身被催化的缺陷。
[0038] 对比例7：
[0039] 对比例7为市售活性炭。
[0040] 对比例8：
[0041] 对比例8位市售普通光触媒材料(纳米TiO2)。
[0042] 将实施例1-5与实施例1-8的材料进行模拟除污染物测试，光照、温度等测试条件相同，测试结果如表2-5所示；同时，进行模拟催化持久性测试，对材料进行一年、两年、三年、八年后的催化效果测试，测试条件相同，测试结果如表6所示。
[0043] 表2：
[0044]
[0045] 表3：
[0046]
[0047]
[0048] 表4：
[0049]
[0050] 表5：
[0051]
[0052]
[0053] 表6：
[0054]
[0055] 从表2-6可知，本发明制成的石墨烯玛雅蓝材料催化CXHYOZ(甲醛、乙苯等有害气体)的效果更好，更持久，三个月时间可使装修污染达到标准值(＜0.08mg/cm3)，八年后催化效率稳定在95％以上。
[0056] 在上述实施例及其替换方案中，浆料形成温度还可以为78℃、79℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃。
[0057] 在上述实施例及其替换方案中，石墨烯玛雅蓝浆料混合物加热温度还可以为850℃、855℃、860℃、865℃、870℃、875℃、880℃、885℃、890℃、895℃、905℃、910℃、915℃、920℃、925℃、930℃、935℃、940℃、945℃、950℃、955℃、960℃，保温时间还可以为3min、
4min、6min、7min、8min、9min、10min。
[0058] 在上述实施例及其替换方案中，石墨烯玛雅蓝浆料混合物中玛雅蓝的质量比还可以为80％、81％、82％、84％、85％。
[0059] 在上述实施例及其替换方案中，玛雅蓝的组成成分中凹凸棒土、海泡石、电气石、光触媒TiO2的质量还可以为55:35:7:3、55:35:8:2、55:40:4:1、55:40:3:2、55:38:5:2、55:39:5:1、55:38:4:3、56:34:8:2、56:36:5:3、56:36:6:2、57:35:6:2、58:34:5:3、58:34:6:2、
58:36:4:2、58:36:5:1、59:36:3:2、59:33:6:2、60:30:8:2。
[0060] 鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-5作为代表说明本发明
申请优异之处。
[0061] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种
修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附
权利要求书所定义的范围。
[0062] 尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
