一种活性炭石墨烯复合材料、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种活性炭石墨烯复合材料、其制备方法和应用，该方法包括：S1、将活性炭浸渍在氧化石墨烯和过氧化氢混合溶液，得到前驱产物；所述氧化石墨烯与活性炭的质量比例≤5：100；S2、将步骤S1得到的前驱产物进行水热还原反应，使其中的氧化石墨烯还原为石墨烯并填充负载，得到活性炭石墨烯复合产物；S3、将步骤S2得到的活性炭石墨烯复合产物依次进行低温冷冻、冷冻干燥，得到具有多级孔洞结构的活性炭石墨烯复合材料。本发明专利技术制备的复合材料具有石墨烯填充活性炭的中孔大孔，以及过氧化氢和水蒸汽制备过程中穿孔效用，形成了复合材料特殊的多级孔洞结构，使得其对氡的吸附能力较商用活性炭(活性炭原料)的吸附性能增强。

An Activated Carbon Graphene Composite Material, Its Preparation Method and Application

The invention provides an activated carbon graphene composite material, its preparation method and application. The method includes: S1, impregnating activated carbon in a mixture solution of graphene oxide and hydrogen peroxide to obtain a precursor product; the mass ratio of graphene oxide to activated carbon is less than 5:100; S2, hydrothermal reduction reaction of the precursor product obtained by S 2, so that graphene oxide in the precursor product can be returned. Activated carbon graphene composite products were obtained by filling graphene with loads. The composite products of activated carbon graphene obtained by S3 and E2 were freezed and dried at low temperature in turn to obtain activated carbon graphene composite materials with multi-stage porous structure. The composite material prepared by the invention has the mesoporous macropore of graphene filled activated carbon and the perforation effect in the preparation process of hydrogen peroxide and water vapor, forming a special multi-stage pore structure of the composite material, which enhances the radon adsorption capacity of the composite material compared with the commercial activated carbon (activated carbon raw material).

【技术实现步骤摘要】
一种活性炭石墨烯复合材料、其制备方法和应用
本专利技术涉及气体吸附
，尤其涉及一种活性炭石墨烯复合材料、其制备方法和应用，具体是在氡吸附方面的应用。
技术介绍
氡是放射元素，通常的单质形态是氡气，为无色、无味的惰性气体，广泛存在于居室、矿井、地下工程等。氡主要通过呼吸道吸入及饮食等方式进入人体，被世界卫生组织列为19种致癌物质之一。因此，人们越来越重视环境中氡的照射与防护问题。较有效的方法是通过固体吸附材料在实际环境下吸附阻滞氡，从而控制氡在空气中的浓度。目前，活性炭是商用的主要吸氡材料。采用活性炭吸附氡，降低氡浓度对室内除氡有一定的效果，但是，吸附效果和饱和吸附量不高，有待进一步改进。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种活性炭石墨烯复合材料、其制备方法和应用，本申请提供的活性炭石墨烯复合材料具有优异的吸附性能，可实现对氡等有害气体的高效吸附。本专利技术提供一种活性炭石墨烯复合材料，包括活性炭基体和填充负载在所述活性炭基体上的石墨烯，所述石墨烯在活性炭基体上的负载量小于等于5％；所述活性炭石墨烯复合材料具有多级孔洞结构。本专利技术所述的活性炭石墨烯复合材料为富含微孔、中孔等的多级孔洞结构，且一定量的石墨烯填充负载于活性炭基体的多孔结构中；其对氡的吸附能力较商用活性炭(活性炭原料)的吸附性能增强。该复合材料结合了活性炭和石墨烯的优点，除具有优异的吸附性能，同时因材料中含有石墨烯，具有较好的散热性和导电性以及微波吸收性能，为其吸附气体后的快速解吸提供了基础。本专利技术提供一种活性炭石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将活性炭浸渍在氧化石墨烯和过氧化氢混合溶液，得到前驱产物；所述氧化石墨烯与活性炭的质量比例小于等于5：100；S2、将步骤S1得到的前驱产物进行水热还原反应，使其中的氧化石墨烯还原为石墨烯并填充负载，得到活性炭石墨烯复合产物；S3、将步骤S2得到的活性炭石墨烯复合产物依次进行低温冷冻、冷冻干燥，得到具有多级孔洞结构的活性炭石墨烯复合材料。优选地，所述氧化石墨烯的片径小于等于30μm。优选地，所述活性炭选自煤质活性炭、椰壳活性炭和木质活性炭中的一种或多种。优选地，所述氧化石墨烯与活性炭的质量比例为0.1:100～4:100。优选地，所述水热还原反应的温度为80℃～200℃，反应时间为1h～24h。优选地，所述水热还原反应在密闭容器中进行，先80℃～100℃加热1h～10h，然后保持其他条件不变，调整温度至180℃～200℃，反应5h～10h，得到活性炭石墨烯复合产物。优选地，所述低温冷冻的温度在0℃以下，时间在30min以上。优选地，所述冷冻干燥的时间大于等于12h，再经过100℃～200℃烘干，得到烘干后的活性炭石墨烯复合材料。本专利技术提供如上文所述的活性炭石墨烯复合材料在吸附氡中的应用。与现有技术相比，本专利技术实施例提供的方法通过氧化石墨烯和过氧化氢溶液混合并加入活性炭，经水热还原和低温冷冻，再经过冷冻干燥和烘干，制备成活性炭/石墨烯复合材料。本专利技术制备的复合材料具有石墨烯填充活性炭的中孔大孔，以及过氧化氢和水蒸汽制备过程中穿孔效用，形成了复合材料富含微孔、中孔等的多级孔洞结构，从而使得其对氡的吸附能力较商用活性炭(活性炭原料)的吸附性能增强。本专利技术制备的复合材料结合了活性炭和石墨烯的优点，除具有优异的吸附性能，同时因材料中含有石墨烯，具有较好的散热性和导电性以及微波吸收性能，为其吸附气体后的快速解吸提供了基础。此外，本专利技术的制备过程的反应条件较为温和，使用成本低，易进行工业推广应用。附图说明图1是本专利技术实施例1所得复合材料20微米下的扫描电镜照片；图2是本专利技术实施例1所得复合材料100微米下的扫描电镜照片。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种活性炭石墨烯复合材料，包括活性炭基体和填充负载在所述活性炭基体上的石墨烯，所述石墨烯在活性炭基体上的负载量小于等于5％；所述活性炭石墨烯复合材料具有多级孔洞结构。本专利技术提供的活性炭石墨烯复合材料具有优异的吸附性能，还具有较好的散热性和导电性以及微波吸收性能，可实现对有害气体如氡的高效吸附。本专利技术提供的复合材料包括活性炭基体，即活性炭是主要原料，作为复合材料的基体。本专利技术对所述活性炭基体的成分等没有特殊限制，可采用本领域常用的活性炭进行制备，例如，所述的活性炭可选自煤质活性炭、椰壳活性炭和木质活性炭中的一种或多种。其中，木质活性炭是以木屑、木炭等制成的活性炭，简称木质炭；椰壳活性炭属于果壳活性炭，简称椰壳炭，是以椰子壳为制备原料，外形为不定形颗粒，具有机械强度高，孔隙结构发达，比表面积大，吸附速度快，吸附容量高，易于再生，经久耐用等特点；煤质活性炭是以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等制成的活性炭，简称煤质炭。为使吸附性能尽可能优异，本专利技术优先采用吸附性能较佳的椰壳活性炭做原料。在所述活性炭基体上，本专利技术填充负载有石墨烯。并且，所述石墨烯在活性炭基体上的负载量小于等于5wt％，优选为0.1％～4％。石墨烯(Graphene)是一种备受关注的二维单原子层碳材料，因其具有高的比表面积(2630m2·g-1)和优良电导率(7200S·m-1)和热导率(1500-2500Wm-1·K-1)，远高于其他碳材料，被认为是理想的气体吸附材料。但石墨烯片层之间的π-π共轭作用会使其大量团聚，大大减小了其比表面积，严重制约了石墨烯作为吸附材料的使用效果。而本专利技术所述活性炭石墨烯复合材料中，一定量的石墨烯填充负载于活性炭基体的多孔结构，使复合材料为富含微孔、中孔等的多级孔洞结构，进一步增强了固体吸附材料对氡的吸附能力。本专利技术实施例中所述的活性炭石墨烯复合材料也表示为活性炭/石墨烯复合材料，其中的石墨烯主要是三维填充于活性炭的中空和/或大孔，可形成含有微孔的结构；该复合材料的孔洞结构类似于气凝胶的三维网络结构。在本专利技术的某些实施例中，所述活性炭石墨烯复合材料的BET表面积可为874～875m2/g，平均孔径为1.62～1.63nm；相对于其原料活性炭(平均孔径为1.64～1.65nm)的孔径较小。但是，本专利技术对原料活性炭以及复合材料的孔结构参数并无特殊限制。在本专利技术中，所述活性炭石墨烯复合材料结合了活性炭和石墨烯的优点，不但具有优异的吸附性能，而且具有较好的散热性和导电性以及微波吸收性能，为其吸附气体后的快速解吸提供了基础。本专利技术提供了一种活性炭石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将活性炭浸渍在氧化石墨烯和过氧化氢混合溶液，得到前驱产物；所述氧化石墨烯与活性炭的质量比例小于等于5：100；S2、将步骤S1得到的前驱产物进行水热还原反应，使其中的氧化石墨烯还原为石墨烯并填充负载，得到活性炭石墨烯复合产物；S3、将步骤S2得到的活性炭石墨烯复合产物依次进行低温冷冻、冷冻干燥，得到活性炭石墨烯复合材料。本专利技术制备的活性炭/石墨烯复合材料能实现对氡等有害气体的高效吸附，利于在氡吸附方面的应用。本专利技术实施例首先将氧化石墨烯和过氧化氢溶液混合，配制氧化石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性炭石墨烯复合材料，包括活性炭基体和填充负载在所述活性炭基体上的石墨烯，所述石墨烯在活性炭基体上的负载量小于等于5％；所述活性炭石墨烯复合材料具有多级孔洞结构。

【技术特征摘要】
1.一种活性炭石墨烯复合材料，包括活性炭基体和填充负载在所述活性炭基体上的石墨烯，所述石墨烯在活性炭基体上的负载量小于等于5％；所述活性炭石墨烯复合材料具有多级孔洞结构。2.一种活性炭石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将活性炭浸渍在氧化石墨烯和过氧化氢混合溶液，得到前驱产物；所述氧化石墨烯与活性炭的质量比例小于等于5：100；S2、将步骤S1得到的前驱产物进行水热还原反应，使其中的氧化石墨烯还原为石墨烯并填充负载，得到活性炭石墨烯复合产物；S3、将步骤S2得到的活性炭石墨烯复合产物依次进行低温冷冻、冷冻干燥，得到具有多级孔洞结构的活性炭石墨烯复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的片径小于等于30μm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭选自煤质活性炭、椰壳活性炭和...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德涛，王孟，邓湘元，唐泉，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43