本发明涉及一种复合材料，特别是涉及一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、甲醛是一种无色、有刺激性气味的气体，可从新家具、装修材料、涂料、纺织品等地方释放出来，长期暴露在甲醛环境中会引起多种人体健康问题，包括眼刺激、上呼吸道刺激、皮肤过敏反应甚至是癌症。因此，室内甲醛的治理成为了一个重要的研究方向。除通风外，净化甲醛的主要方法还包括物理吸附、光降解、生物去除等方法。然而，物理吸附对于已经释放到空气中的甲醛的去除效果有限，且饱和后需要定期更换吸附剂，否则可能会产生二次污染；目前常用的光降解材料对光源有一定的要求，且价格较高；生物去除法的除甲醛能力相对较弱，对于严重的甲醛污染无法达到理想的净化效果。
2、纳米二氧化钛是一种广泛应用的纳米材料，具有优异的光催化特性，可以在紫外光照射条件下将建材、装饰材料和日化用品挥发出的苯、甲醛、丙酮、氨、二氧化硫等催化分解，而不产生中间产物，而且纳米二氧化钛本身无毒无害，性质稳定、价格较为低廉。然而，人们在应用中发现，纳米二氧化钛必须在充足的阳光照射下或专门设置的紫外线灯照射下才能发挥作用，因此限制了其使用。
3、石墨烯是一种由单层碳原子以蜂窝状排列构成的二维材料，自2004年被发现以来，因其优异的物理、化学性质而备受关注。石墨烯表面积大、导电性好、化学稳定性强，并且具有很高的力学强度和热导性，这些特性使其在众多领域有着广泛的应用前景，尤其是将其应用于催化剂负载，可大大提高催化剂的催化效率。将石墨烯和二氧化钛的独特性能结合起来，可以提高甲醛的吸附和光降解效果。
4、虽然石墨烯与纳米二氧化钛结合的产物具有优异的性能，但目前的生产工艺阻碍了其实际应用。而且此种新材料仍是光降解材料，需设置于建筑室内墙体表面。因此，将石墨烯—纳米二氧化钛材料混合于乳胶漆涂料中，研发出低成本的石墨烯/二氧化钛纳米复合材料，用于室内装饰装修工程，有望解决装饰装修工程中的甲醛危害问题。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，该制备方法能实现石墨烯与二氧化钛的均匀复合，制得的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料具有较好的除甲醛性能。
2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
3、一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、s1.将颗粒状天然石墨、硝酸钠加入三口瓶中，使用冷浴冷却至0℃后将浓硫酸加入三口瓶中，搅拌反应10-30min，保持反应体系温度不高于5℃；将第一批高锰酸钾加入三口瓶中，搅拌反应10-30min，保持反应体系温度不高于10℃；于1h内将第二批高锰酸钾平均分3次加入三口瓶中，保持反应体系温度不高于20℃；撤走冷浴，使用水浴将反应体系加热至35-45℃，搅拌反应2h得到悬浮液；将蒸馏水滴加入悬浮液中，体系温度升至50℃，加入聚四氢呋喃二胺后保温反应2-4h得到反应液；向反应液中加入过氧化氢水溶液，50℃下搅拌30min后加入盐酸溶液，50℃下搅拌30min，降至室温得到氧化石墨烯溶液；
5、s2.将步骤s1得到的氧化石墨烯溶液减压过滤得到固体物，将固体物用乙醇水溶液洗涤5次，冷冻干燥得到层状石墨烯；
6、s3.将步骤s2得到的层状石墨烯加入硫酸氧钛水溶液中，静置8-12h后过滤得到层间含有硫酸氧钛水溶液的层状石墨烯复合材料；
7、s4.将步骤s3得到的层状石墨烯复合材料加入氢氧化钠水溶液中，搅拌2-3h得到沉淀物，将沉淀物过滤后水洗至中性，冷冻干燥得到石墨烯-氢氧化钛复合物；
8、s5.将步骤s4得到的石墨烯-氢氧化钛复合物于氮气气氛下煅烧2-5h得到石墨烯-二氧化钛纳米复合材料。
9、进一步地，本发明所述步骤s1中，颗粒状天然石墨的平均粒径为50μm，浓硫酸的质量浓度为98％，聚四氢呋喃二胺的数均分子量为2000，过氧化氢水溶液的质量浓度为30％，盐酸溶液的质量浓度为10％，颗粒状天然石墨、硝酸钠、浓硫酸、第一批高锰酸钾、第二批高锰酸钾、蒸馏水、聚四氢呋喃二胺、过氧化氢水溶液、盐酸溶液的比例为5g:5g:50ml:1g:9g:80ml:(5-10)g:40ml:200ml。
10、进一步地，本发明所述步骤s2中，减压过滤时使用的是膜孔径为0.22μm的ptfe微孔滤膜，乙醇水溶液的体积分数为95％。
11、进一步地，本发明所述步骤s2中，冷冻干燥的温度为-30℃，时间为2-4h。
12、进一步地，本发明所述步骤s3中，硫酸氧钛水溶液的浓度为0.5-1mol/ml，步骤s2得到的层状石墨烯与硫酸氧钛水溶液的比例为(0.5-1)g:(10-20)ml。
13、进一步地，本发明所述步骤s4中，氢氧化钠水溶液的浓度为0.5-1mol/ml，步骤s3得到的层状石墨烯复合材料与氢氧化钠水溶液的比例为(2-5)g:(50-100)ml。
14、进一步地，本发明所述步骤s4中，冷冻干燥的温度为-30℃，时间为2-4h。
15、进一步地，本发明所述步骤s5中，煅烧的温度为500-700℃。
16、本发明要解决的另一技术问题是提供上述制备方法制得的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料。
17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18、(1)与现有的甲醛催化净化剂相比，本发明原材料获取简单、价格低廉，制备条件温和，适合工厂大规模工业化生产。
19、(2)本发明采用化学方法将甲醛光降解催化剂-二氧化钛均匀搭载于二维材料-石墨烯上，使得二氧化钛受光面积更大，二氧化钛与石墨烯之间还形成了异质结界面，可以扩大二氧化钛的光吸收范围，增强光吸收强度，而且石墨烯超高的室温载流子迁移速率可以促进光生电子的传输、加快光生电子–空穴对的分离，抑制其重组，从而提高催化降解甲醛效率。
20、(3)本发明制得的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料表面的含氧官能团可以通过氢键、静电力等作用与甲醛分子结合，还原后的共轭苯环区域可以通过π-π相互作用快速持续地将甲醛吸附于催化剂表面，提高催化效率，此机制形成了闭环，可长效发挥作用，因此具有较好的除甲醛性能。
21、(4)本发明使用的聚四氢呋喃二胺改变了石墨烯表面的惰性、增加了石墨烯片层间距，提高了对二氧化钛的负载量，使得二氧化钛能与石墨烯均匀复合，从而有效提高石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的除甲醛效果。
22、(5)目前室内空气净化多采用空气净化机，属于小家电范畴，质量良莠不齐，整体需求严重下滑，与空气净化机不同的是，本发明制得的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料是除甲醛功能和装饰功能复合的材料，不需要设备投入，也不需要能源供应，对于用户来说，一次投入即可长期获得效用，性价比更高。
23、(6)本发明提供的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料能应用于涂料中制得高效率甲醛净化功能涂料，环保、经济，满足可持续发展战略。
1.一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，颗粒状天然石墨的平均粒径为50μm，浓硫酸的质量浓度为98％，聚四氢呋喃二胺的数均分子量为2000，过氧化氢水溶液的质量浓度为30％，盐酸溶液的质量浓度为10％，颗粒状天然石墨、硝酸钠、浓硫酸、第一批高锰酸钾、第二批高锰酸钾、蒸馏水、聚四氢呋喃二胺、过氧化氢水溶液、盐酸溶液的比例为5g:5g:50ml:1g:9g:80ml:(5-10)g:40ml:200ml。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，减压过滤时使用的是膜孔径为0.22μm的ptfe微孔滤膜，乙醇水溶液的体积分数为95％。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，冷冻干燥的温度为-30℃，时间为2-4h。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中，硫酸氧钛水溶液的浓度为0.5-1mol/ml，步骤s2得到的层状石墨烯与硫酸氧钛水溶液的比例为(0.5-1)g:(10-20)ml。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中，氢氧化钠水溶液的浓度为0.5-1mol/ml，步骤s3得到的层状石墨烯复合材料与氢氧化钠水溶液的比例为(2-5)g:(50-100)ml。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中，冷冻干燥的温度为-30℃，时间为2-4h。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s5中，煅烧的温度为500-700℃。
9.根据权利要求1～8所述的制备方法制得的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料。
