木质素功能化改性石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种木质素功能化改性石墨烯及其制备方法，属于功能性石墨烯材料制备技术领域。本发明专利技术先将木质素与氧化石墨烯混合均匀，使木质素充分吸附在氧化石墨烯表面，再向其中添加磺化聚苯胺，搅拌均匀后在一定温度下反应一定时间，得到所述木质素功能化改性石墨烯。本发明专利技术所得石墨烯的分散稳定性好，可用作环保型石墨烯重防腐涂料，且其制备方法简便易行，为功能性石墨烯材料的制备提供了新方法。

Lignin functionalized modified graphene and its preparation method

The invention discloses a lignin functionalized modified graphene and a preparation method, and belongs to the technical field of functional graphene material preparation. First, the lignin and graphene oxide are mixed evenly, so that lignin is adsorbed on the surface of graphene oxide, and then sulfonated polyaniline is added to it. After stirring uniformly, it can react at certain temperature for a certain time to get the lignin functionalized modified graphene. The graphene obtained from the invention has good dispersity and stability, and can be used as an environment-friendly graphene heavy duty anticorrosive coating. The preparation method is simple and feasible, and provides a new method for preparing functional graphene materials.

【技术实现步骤摘要】
木质素功能化改性石墨烯及其制备方法
本专利技术属于功能性石墨烯材料制备
，具体涉及一种木质素功能化改性石墨烯及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是由单层碳原子以六方蜂窝状堆叠而形成的二维碳纳米材料，其因优异的力学性能、电学性能及化学稳定性质而为人们所广泛关注，并在防腐蚀涂料领域大量应用。石墨烯具有特殊的片层状结构，可以像鳞片状云母粉、铝粉、玻璃薄片等作为填料应用于防腐涂料中，起到物理屏障作用，阻碍氧气和腐蚀介质的渗透，使防腐涂层的渗透性能降低，提高涂层的耐蚀性。石墨烯在金属防腐蚀功能涂料领域中的应用已经初步取得了一些成果。然而，由于石墨烯中π-π键相互作用而导致的自发凝聚性使其在底漆中容易产生团聚，从而影响了石墨烯在底漆中的分散稳定性。目前解决石墨烯在底漆中的分散稳定性的方法主要有两种，一种是添加分散剂，利用其分散作用，使石墨烯均匀稳定地分散在底漆中；另一种是将石墨烯进行改性，如表面功能化修饰、表面官能团化、化学掺杂等，以克服石墨烯片的过度堆叠现象，并且获得性能更优越的石墨烯材料，而增加石墨烯在底漆中的分散稳定性。其中，石墨烯的非共价功能化表面修饰尤为引人注意，因为这种方法可以有效保持石墨烯的电子结构。目前已经用于石墨烯非共价功能化修饰的物质有磺化聚醚醚酮（KuilaT,MishraAK,KhanraP,KimNH,UddinMdE,LeeJH.Facilemethodforthepreparationofwaterdispersiblegrapheneusingsulfonatedpoly(ether–ether–ketone)anditsapplicationasenergystoragematerials.Langmuir,2012,28:9825.）、4-氨基偶氮苯-4’-磺酸钠（YuDS,KuilaT,KimNH,KhanraP,LeeJH.Effectsofcovalentsurfacemodificationsontheelectricalandelectrochemicalpropertiesofgrapheneusingsodium4-aminoazobenzene-4′-sulfonate.Carbon,2013,54:310）、磺化聚苯乙烯（DuFP,WangJJ,Tang,CYTsuiCP,ZhouXP,XieXL,LiaoYG.Water-solublegraphenegraftedbypoly(sodium4-styrenesulfonate)forenhancementofelectriccapacitance.Nanotechnology,2012,23:475704.）、十二烷基苯磺酸钠（ZhangK,MaoL,ZhangLL,ChanHSO,ZhaoXS,WuJ.Surfactant-intercalated,chemicallyreducedgrapheneoxideforhighperformancesupercapacitorelectrodes.J.Mater.Chem.,2011,21:7302.）、6-氨基-4羟基-2-萘磺酸（JanaM,KhanraP,MurmuNC,SamantaP,LeeJH,TKuila.Covalentsurfacemodificationofchemicallyderivedgrapheneanditsapplicationassupercapacitorelectrodematerial.Phys.Chem.Chem.Phys.,2014,16:7618.）、苯胺低聚物羧酸酯（GuL,LiuS,ZhaoH,YuH.Facilepreparationofwater-dispersiblegraphenesheetsstabilizedbycarboxylatedoligoanilinesandtheiranticorrosioncoatings.ACSAppl.Mater.Interfaces2015,7,17641.）等。研究结果表明，这些功能分子中的基团，如氨基和磺酸基团，可以吸附在石墨烯表面，进而通过π-π相互作用减弱石墨烯片层间的范德华力，从而可以有效防止石墨烯的团聚。木质素分子中含有酚羟基、醇羟基、磺酸基团和芳香环等，具有三维网络状结构、较高的刚性、热稳定性和耐腐蚀性，同时，木质素能通过π-π相互作用稳定石墨烯，因此木质素也可用于石墨烯的功能化修饰。如，木质素磺酸盐是一种天然高分子阴离子型表面活性剂，具有来源丰富、价格低廉、可再生、可降解等特点，被广泛用作分散剂。木质素磺酸盐可用于制备高浓度水相石墨烯（LouH,ZhuD,YuanL,QiuX,LinX,YangD,LiY.Fabricationofhigh-concentrationaqueousgraphenesuspensionsdispersedbysodiumlignosulfonateanditsmechanism.J.Phys.Chem.C2015,119,23221.）。当木质素磺酸钠在分散石墨烯过程中，静电斥力起主导作用，小分子量、高磺化度的木质素磺酸钠分散性能较好（祝都明.木质素磺酸钠在制备水相石墨烯中的应用及其磺化度的测定.华南理工大学硕士学位论文，2016.5.）。再如，将木质素磺酸的衍生物作为分散剂用于石墨烯的改性，可以获得水系石墨烯/环氧树脂防腐蚀涂料（DingJ,ShiS,YuH.Studyonmodificationofligninasdispersantofaqueousgraphenesuspensionandcorrosionperformanceinwaterborneg/epoxycoating.2016,3:101.）。聚苯胺及其衍生物具有无毒害、氧化还原可逆、化学稳定性好、容易制备和价格低廉等优点，许多研究工作已经表明，聚苯胺已经成为防腐涂料的最佳候选之一。本专利技术将木质素作为功能化分子，使其对氧化石墨烯进行功能化修饰，然后以磺化聚苯胺为还原剂，通过磺化聚苯胺的作用将氧化石墨烯还原为石墨烯，获得木质素功能化改性石墨烯，所得产物兼具三组份的防腐蚀效应，可作为性能优异的环保型石墨烯重防腐涂料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种木质素功能化改性石墨烯及其制备方法，所得功能化改性石墨烯具有分散稳定性好等特点，可解决传统石墨烯易团聚、分散性差等问题，可用作环保型石墨烯重防腐涂料。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种木质素功能化改性石墨烯的制备方法，其具体包括以下步骤：（1）木质素-氧化石墨烯混合溶液的制备：在氧化石墨烯中加入溶剂配制成氧化石墨烯溶液，并加入木质素，超声分散0.5~1小时，使木质素充分吸附在氧化石墨烯表面，得到木质素-氧化石墨烯混合溶液；（2）木质素功能化改性石墨烯的制备：向步骤（1）所得的木质素-氧化石墨烯混合溶液中添加磺化聚苯胺，连续搅拌使其充分接触，而后在-5℃~50℃下反应0.5~6小时，冷冻干燥或真空干燥至恒重，即得到所述木质素功能化改性石墨烯。其中，木质素与氧化石墨烯的质量比为1:1~1:200，磺化聚苯胺与氧化石墨烯的质量比为1:1~1:200。所用溶剂选自去离子水、氨水溶液、氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木质素功能化改性石墨烯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）木质素‑氧化石墨烯混合溶液的制备：在氧化石墨烯中加入溶剂配制成溶液，并加入木质素，超声分散0.5~1小时，得到木质素‑氧化石墨烯混合溶液；（2）木质素功能化改性石墨烯的制备：向步骤（1）所得的木质素‑氧化石墨烯混合溶液中添加磺化聚苯胺，连续搅拌使其充分接触，而后在‑5℃~50℃下反应0.5~6小时，干燥至恒重，即得到所述木质素功能化改性石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种木质素功能化改性石墨烯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）木质素-氧化石墨烯混合溶液的制备：在氧化石墨烯中加入溶剂配制成溶液，并加入木质素，超声分散0.5~1小时，得到木质素-氧化石墨烯混合溶液；（2）木质素功能化改性石墨烯的制备：向步骤（1）所得的木质素-氧化石墨烯混合溶液中添加磺化聚苯胺，连续搅拌使其充分接触，而后在-5℃~50℃下反应0.5~6小时，干燥至恒重，即得到所述木质素功能化改性石墨烯。2.根据权利要求1所述的木质素功能化改性石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述溶剂选自去离子水、氨水溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸氢钠溶液、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的任意一种或多种。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕秋丰，王书豪，詹红兵，许超，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35