一种高效吸油碳气凝胶材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效吸油碳气凝胶材料的制备方法，包括：首先1重量份的碳纳米管和0.01重量份的表面活性剂分散于4～10重量份的乙醇中形成碳纳米管分散液；其次碳纳米管分散液缓慢加入到处于搅拌的氧化石墨烯分散液中，形成氧化石墨烯-碳纳米管分散液；再次将氧化石墨烯-碳纳米管分散液采用化学水热还原法还原，得到石墨烯-碳纳米管水凝胶，最后，将水凝胶进行冷冻干燥得到气凝胶。本发明专利技术首先将碳纳米管分散在含有乙醇和表面活性剂的分散液中，然后与高分散性的氧化石墨烯进行自组装，工艺简单，得到的三维石墨烯-碳纳米管复合材料有效地结合了石墨烯和碳纳米管的优点，有良好的吸附性和机械强度，在油气田领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气田用功能材料
，尤其涉及。
技术介绍
随着经济、社会的快速发展，人们对石油及石油产品的需求急剧增加。在石油的开采、炼化、运输、储存以及使用的各个环节中都有不同程度的泄漏事故。原油泄漏不仅污染海洋、淡水体系，破坏生态环境，而且通过生物链最终威胁人类健康。传统的处理方法吸附效率低、易产生二次污染、循环利用性低且处理成本高，已经不能满足对于一些紧急漏油事故的快速有效处理。用吸油材料进行处理是当前应对原油泄漏事故最有效的方法之一。因此，积极研究、开发具有高效吸附性能的吸油材料成为解决当前原油泄漏后处理问题的关键。石墨烯-碳纳米管气凝胶复合材料具有超轻的密度、超高的比表面积、良好的弹性和超强的吸附能力，并且在吸附油类等有机物后可以快速地通过挤压和燃烧等方法进行去除，对环境不产生二次污染，因此近年来受到了广泛的关注和研究。目前三维石墨烯-碳纳米管复合材料制备中存在的主要问题是碳纳米管分散不均匀，合成工艺繁琐，价格昂贵，所用试剂毒性较大等缺点。如Gao等采用sol-cryo法制备的石墨烯-碳纳米管气凝胶，虽然得到的材料密度较轻，吸附量很大，但是所采用的还原剂如水合肼、氢碘酸等毒性极强，制备方法和环境成本高；另外900°C的热还原条件以及制备过程中碳纳米管的浓硝酸酸化处理等，使得该制备方法能耗极高，且工艺过程复杂，可控性及重现性不好(Adv.Mater.2013, 25, 2554-2560) 0此外，气相沉积法(CVD)也被用于制备石墨稀-碳纳米管气凝胶(李振军.一种石墨稀和碳纳米管三维结构材料的制备方法:中国，201410286459.2.2014-09-10)，但此类方法的设备要求较高，工艺参数控制严格，不适合大规模生产，产品产量有限，价格昂贵。因此，通过解决石墨烯和碳纳米管的均匀分散以及采用较为环保的还原剂，开发低成本、低能耗的绿色碳气凝胶复合材料对推动此类材料在油气事故处理领域的应用有着重要的经济价值和实用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，旨在解决目前三维石墨烯-碳纳米管复合材料制备中存在的碳纳米管分散不均匀，合成工艺繁琐，价格昂贵，所用试剂毒性较大的问题。本专利技术是这样实现的，，该高效吸油碳气凝胶材料的制备方法包括:首先I重量份的碳纳米管和0.01重量份的表面活性剂分散于4 ■ 10重量份的乙醇中、超声形成均匀的碳纳米管分散液；其次碳纳米管分散液缓慢加入到处于搅拌的氧化石墨烯分散液中，形成氧化石墨烯-碳纳米管分散液；石墨烯分散液为原料和未经处羧化处理的碳纳米管为原料，原料来源广泛；不仅有效地分散了未经酸化处理的碳纳米管而且还保持了碳纳米管的韧性，使得最后的复合材料有较好的弹性；再次将氧化石墨烯-碳纳米管分散液采用化学水热还原法还原，得到石墨烯-碳纳米管水凝胶；且采用水热还原，制备工艺简单；还原剂量小、毒性低、污染小；所得到碳气凝胶材料机械强度好、密度低、吸油量大。进一步，所述碳纳米管为未经处理过的单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或几种。进一步，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基氯化铵等具有亲水基团的物质。进一步，所述化学水热反应的反应容器为密闭容器，温度为80°C _ 180°C，还原时间为6小时_ 24小时，根据所需气凝胶的密度进行调整；还原剂为:乙二胺、氨水、抗坏血酸等低毒或无毒的还原性物质。进一步，所述氧化石墨烯分散液是将I重量份的氧化石墨烯分散于4 - 10重量份的水中形成。进一步，得到石墨烯-碳纳米管水凝胶之后需要:将石墨烯-碳纳米管水凝胶用水洗涤、置换，以去除水凝胶中的残留溶剂；然后，冷冻干燥去除水凝胶中的液体得到多孔的石墨烯-碳纳米管气凝胶复合材料；继续对得到的石墨烯-碳纳米管气凝胶材料进行退火处理，进一步去除表面活性剂和氧化石墨稀表面的官能团；最后一步的退火，不仅可以去除材料内部未完全去除的表面活性剂，还能有效去除氧化石墨烯表面残余的官能团；进一步，所述冷冻干燥预冷温度低于零下70摄氏度，以便得到更加均匀细小的冰晶，最后得到较为均匀的孔状结构；冷冻干燥时间根据水凝胶的体积进行调整，保证其中的冰晶完全升华。进一步，所述石墨烯-碳纳米管气凝胶复合材料退火温度为200°C - 400°C，时间也可根据气凝胶体积适当调整，保证其中的残留的溶剂以及大部分官能团可以去除。本专利技术首先将碳纳米管分散在含有乙醇和表面活性剂的分散液中，然后与高分散性的氧化石墨烯进行自组装，工艺简单，得到的三维石墨烯-碳纳米管复合材料有效地结合了石墨烯和碳纳米管的优点，有较低的密度、良好的吸附性和机械强度，密度在6 - 12mg/cm3不等；对正己烷、甲苯以及真空栗油等有机物吸附倍数根据其密度不同，在100 - 300之间不等；经过多次挤压实验之后仍然可以恢复到原来的形状；的并且密度在油气田领域具有广泛的应用前景。【附图说明】图1是本专利技术实施例提供的高效吸油碳气凝胶材料的制备方法流程图；图2是本专利技术实施例提供的高效吸油碳气凝胶材料的SEM电镜图一；图3是本专利技术实施例提供的高效吸油碳气凝胶材料的SEM电镜图二；图4是本专利技术实施例提供的高效吸油碳气凝胶材料的SEM电镜图三；图5是本专利技术实施例提供的高效吸油碳气凝胶材料的SEM电镜图四；图6是本专利技术实施例提供的高效吸油碳气凝胶材料的TEM电镜图；图7是本专利技术实施例提供的高效吸油炭碳凝胶材料的机械压缩示意图；图8是本专利技术实施例提供的高效吸油碳气凝胶材料用于正己烷吸附一燃烧循环实验和吸附一挤压循环实验图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术首先将碳纳米管分散在含有乙醇和表面活性剂的分散液中，然后与高分散性的氧化石墨烯进行自组装，工艺简单，得到的三维石墨烯-碳纳米管复合材料有效地结合了石墨烯和碳纳米管的优点，有良好的吸附性和机械强度，在油气田领域具有广泛的应用前景。下面结合附图及具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步描述。如图1所示，本专利技术实施例的包括以下步骤:SlOl:将I重量份的氧化石墨烯分散于4 ■ 10重量份的水中形成氧化石墨烯分散液；S102:将I重量份的碳纳米管和0.01重量份的表面活性剂分散于4—10重量份的乙醇中形成碳纳米管分散液；S103:将碳纳米管分散液缓慢加入到处于搅拌的氧化石墨烯分散液中，形成氧化石墨烯-碳纳米管分散液；S104:将氧化石墨烯-碳纳米管分散液采用化学水热还原法还原，得到石墨烯-碳纳米管水凝胶；S105:将石墨烯-碳纳米管水凝胶用水洗涤、置换以及冷冻干燥得到多孔的石墨烯-碳纳米管复合气凝胶材料；S106:继续对得到的气凝胶材料进行退火处理，进一步去除表面活性剂和氧化石墨稀表面的官能团；<当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效吸油碳气凝胶材料的制备方法，其特征在于，该高效吸油碳气凝胶材料的制备方法包括：首先1重量份的碳纳米管和0.01重量份的表面活性剂分散于4～10重量份的乙醇中形成碳纳米管分散液；其次碳纳米管分散液缓慢加入到处于搅拌的氧化石墨烯分散液中，形成氧化石墨烯‑碳纳米管分散液；再次将氧化石墨烯‑碳纳米管分散液采用化学水热还原法还原，得到石墨烯‑碳纳米管水凝胶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周莹，万文超，张瑞阳，张骞，刘昊，林元华，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51