本发明专利技术公开了一种石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶及其制备和应用方法，本发明专利技术以金属离子、有机单体、氧化石墨烯为原材料，利用金属离子与有机单体形成高活性配合物，原位还原氧化石墨并引发石墨烯凝胶化，一步快速水热即得到石墨烯-金属-聚间苯二胺复合物凝胶。该方法充分利用原料本身的氧化还原特性，无需额外添加聚合引发剂及凝胶交联剂，制备工艺简单、快速（1-2h），单体转化率≥99.0%，合成过程清洁，成本低，所得复合凝胶可用于染料高效吸附，静态饱和吸附（亚甲基蓝）容量可达615mg g-1。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石墨烯复合凝胶制备及其水处理领域，涉及一种一步清洁快速合成的石墨烯复合凝胶材料及其制备方法，以及将其用于水体染料吸附的应用方法。
技术介绍
水凝胶，是一类柔性宏观尺寸体，被广泛应用于储能、催化、生物医药、环境等基础研究领域。（Chemical Society Reviews2013,42(2),794-830；Chemical Society Reviews2010,39(9),3528-3540）在涉及吸附过程的环境领域，其优势突出表现为：1）微观多孔结构赋予其优异传质效率，有利于污染物快速扩散至活性位点；2）宏观三维结构解决了纳米组分繁琐分离的问题；3）可根据应用目的将元件有机组装，从而可获得多功能复合材料。然而基于水凝胶在环境领域的难点与关键在于，开发快速便捷获得稳定水凝胶的制备方法，将高性能的目标吸附剂组装成三维宏观尺寸体。目前，基于石墨烯为原料的炭水凝胶制备研究广泛。石墨烯是一种具有二维平面微观结构的共轭碳材料，比表面积大，是构筑凝胶的理想元件。（Small2013,9(8),1397–1404；Advanced Materials2014,26(4),615-619）但单一炭水凝胶存在活性位点有限，功能基团少等缺陷，引入功能组分（如富含官能团的有机高分子等）合成石墨烯复合物凝胶，可有效结合不同组分的优势甚至产生特殊的协同效应，极大提升应用性能，成为当前这一领域的研究热点。（Advanced Materials2014,26(4),615-619；Journal of Applied Polymer Science2014,131(3)；Chemical Communications2013,49(85),9974-9976；）石墨烯聚合物成凝胶机制主要包括：氧化石墨还原后疏水作用、聚合物的交联（共价、静电或π-π作用）。因此石墨烯聚合物凝胶制备过程中，往往需要添加还原剂（NaBH4、HI、Na2S、对苯二酚、抗坏血酸等）（Nanoscale2011,3(8),3132-3137；Journal of Materials Chemistry2012,22(42),22459-22466）、交联剂（Ca2+、PAM）（Small2013,10(3),448–453）、聚合引发剂（(NH4)2S2O8）（2013,25(16),3357-3362）或聚合物的预合成步骤（Chemical Communications2013,49(85),9974-9976）等，且反应条件相对苛刻，如要求高温水热（t≥6h）等步骤，合成过程相对复杂且易造成二次污染（聚合物合成过程残留毒性单体）。因此，开发一类新型制备方法，以快速清洁合成石墨烯类复合凝胶具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在温和、无添加氧化还原试剂条件下，一步快速合成石墨烯复合凝胶的方法，以及该方法制备得到的复合凝胶和它的应用方法。本专利技术的目标是通过以下方法实现的。一种石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，将金属离子与有机单体混合，形成金属-有机单体高活性配合物，然后原位还原并快速诱导氧化石墨烯制备凝胶。所述的金属离子包括铜离子和铁离子；所述的有机单体包括：间苯二胺。所述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法具体是先将金属盐溶液与间苯二胺溶液混合，溶液迅速转变成深棕色，形成金属-有机单体高活性配合物，再迅速将配合物加入氧化石墨烯溶液中混合，促氧化石墨烯-金属-聚间苯二胺凝胶化，经水热反应，即得到石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶。上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，将配合物加入浓度为2-20mg/mL的氧化石墨烯溶液。上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，将配合物加入氧化石墨烯溶液中混合，金属盐占总反应体系的质量百分比为5%-25%，间苯二胺占总反应体系的质量百分比为10%-40%。上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，先将浓度为5-50mg/L金属盐溶液与浓度为5-30mg/L的间苯二胺溶液混合，形成金属-有机单体高活性配合物。上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，配合物快速加入氧化石墨烯溶液中，超声下混合0.5-5min。上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，水热反应的温度为80-95℃，时间为1-2h。一种石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶，是由上述的方法制备而成的。上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的应用方法，是采用吸附法脱除水体染料。本专利技术的石墨烯-金属-聚间苯二胺凝胶的制备方法，是基于金属-有机单体形成的高活性配合体，实现自身聚合、还原氧化石墨烯、原位交联从而引发石墨烯凝胶化，一步快速合成具有三维网状骨架结构的石墨烯复合物凝胶。本专利技术的石墨烯-金属-聚间苯二胺凝胶，采用动态吸附法脱除水体染料。具体方法是合成与吸附柱尺寸相匹配的凝胶，将凝胶放入吸附柱体内，往其中加入初始浓度为10mg L-1的染料，穿透速度为20L m-2h-1—180L m-2h-1，在此实验条件下，动态吸附200mL染料，去除率≥90%；静态饱和吸附容量高达615mg g-1。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术提供的石墨烯复合凝胶合成方法中，金属离子起到催化聚合、交联凝胶的双重作用，有机单体承担还原剂、凝胶交联剂的功能，氧化石墨烯作为氧化剂及三维结构组装单元。反应高效快速，无需额外添加传统聚合引发剂、氧化还原剂，避免预聚合步骤，水热时间仅1h，单体转化率达到99.0%以上，合成过程反应效率高，操作简单，清洁友好，成本低。（2）本专利技术所得水凝胶材料具有机械性能好，产物结构稳定，高度为1cm的凝胶最大抗压强度可达0.1MPa，即可承受高度为1m（自身高度的100倍）的水柱。（3）本专利技术得到的复合凝胶，具有宏观尺寸，易于分离，微观上富含孔道，既保证高效传质效率又解决了常规纳米吸附剂分离繁琐、易残留、存在二次危害等问题。所得凝胶比表面积达到337.3m2g-1，具有优异的染料吸附性能，动态饱和吸附200mL初始浓度为10mgL-1的亚甲基蓝，去除率≥90%；静态吸附亚甲基蓝饱和吸附量高达615mg g-1，优于文献报道的碳基吸附材料。附图说明：图1为实施例1中凝胶的SEM图、实物图及机械性能图；图2为实施例6中凝胶用于亚甲基蓝动态吸附（A）及静态吸附性能（B）图。具体实施方式以下以具体的实施例来说明本专利技术中的石墨烯-金属-聚合物的制备方法及其应用于染料吸附的方法，而不本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯‑金属‑聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，其特征在于，将金属离子与有机单体混合，形成金属‑有机单体高活性配合物，然后原位还原并快速诱导氧化石墨烯制备凝胶。
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，其特征在于，将金属离子与有机
单体混合，形成金属-有机单体高活性配合物，然后原位还原并快速诱导氧化石墨烯制备凝胶。
2.根据权利要求1所述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，其特征在于，
所述的金属离子包括铜离子和铁离子；所述的有机单体包括：间苯二胺。
3.根据权利要求1所述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，其特征在于，
先将金属盐溶液与间苯二胺溶液混合，溶液迅速转变成深棕色，形成金属-有机单体高活性配
合物，再迅速将配合物加入氧化石墨烯溶液中混合，促氧化石墨烯-金属-聚间苯二胺凝胶化，
经水热反应，即得到石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶。
4.根据权利要求3所述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，其特征在于，
将配合物加入浓度为2-20mg/mL的氧化石墨烯溶液。
5.根据权利要求4所述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，其特征在于，将...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海鹰，柴立元，王婷，张理源，杨卫春，杨志辉，唐崇俭，刘恢，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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