本发明专利技术提供了一种石墨烯聚离子液体复合材料作为橙黄G吸附剂的应用，包括如下步骤：(1)制备氧化石墨烯；(2)离子液体1‑[(2‑甲基丙烯酰氧基)‑乙基]‑3‑丁基咪唑溴盐(MEBIm‑Br)的制备；(3)以1‑[(2‑甲基丙烯酰氧基)‑乙基]‑3‑丁基咪唑溴盐(MEBIm‑Br)作为咪唑类离子液体，制备得到新型石墨烯聚离子液体复合材料(rGO‑poly‑MEBIm‑B与rGO‑poly‑MEBIm‑Br)。所得到的新型石墨烯聚离子液体复合材料不仅能够运用于生物传感器，超级电容器等方面，在污染物的吸附分离方面也展现出良好的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯聚离子液体复合材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯是由单层碳原子通过共价键结合形成的二维片层状结构，是一种新型的碳类纳米材料，是目前世界上最薄的材料，厚度仅为0.335nm。石墨烯具有优异的电学性能，室温下电子迀移率可达2X 105cm2.V 1.s \其载流子迀移率高达1.5X 104cm2.V 1.s %突出的导热性能，导热系数可达5KW.m 1.K S超高的强度，其杨氏模量高达llOOGpa、断裂强度为125Gpa ;超常的比表面积，为2630m2 *g ^由于这些优越的性能，使得其被广泛用作金属晶体管、超级电容器、非线性光学材料、纳米复合材料载体、电化学传感器、药物载体、储氢材料、气体吸附剂、太阳能电池等。然而石墨烯的表面呈现惰性，层与层之间通过较强的范德华力作用，很容易发生聚集，使其难溶于水和其他常用的有机溶剂，这极大的限制了石墨稀的应用。对石墨稀进行功能化，在石墨稀表面引入特定的官能团，以改进石墨稀的性质，可以大大拓展石墨烯的研究和应用领域。离子液体是一种绿色溶剂，与有机溶剂相比，具有不挥发、不易氧化、有较高的热稳定性和化学稳定性等特点，对其阴、阳离子的不同结构设计出不同酸性、不同溶解能力的离子液体，故在有机合成、萃取分离、吸附分离、电化学、纳米材料制备、清洁燃料生产、大量的光谱测定法的矩阵、酶固定支持物等方面有着广泛的应用研究。近年来，基于石墨烯离子液体复合材料的发展，主要应用于生物传感器，生物电极，超级电容器等方面，然而对于石墨烯聚离子液体复合材料在吸附分离方面的报道却甚少。
技术实现思路
为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种新型石墨烯聚离子液体的制备方法，包括以下步骤:步骤1:制备氧化石墨烯，包括如下步骤:步骤1-1:温度维持在0_5°C的情况下，将5g 800目石墨粉在搅拌下缓慢加入到装有115ml浓硫酸的1000ml的大烧杯中；再缓慢加入2.5g硝酸钠和15g高锰酸钾的混合物，低温反应15min ;在35°C左右恒温水浴中，搅拌下保温30min ;再缓慢加入230ml温水，使温度上升到98°C ;在此温度下维持15min之后，用温水稀释至700ml，倒入50ml，30%的双氧水，趁热过滤；步骤1-2:对步骤1-1所得的悬浊液进行抽滤；再用5%的盐酸洗涤滤饼，直至滤液中无硫酸根离子；步骤1-3:将步骤1-2得到的滤饼放在60°C的真空干燥箱中充分干燥，得到氧化石墨稀;步骤1-4:取25mg干燥后的氧化石墨粉末，超声30min分散于500mL蒸馈水中，制得0.05mg/mL的氧化石墨稀溶胶；步骤1-5:将步骤1-4所得的氧化石墨烯溶胶于离心机离心；步骤1-6:将步骤1-5得到的沉淀物于60°C真空干燥箱中烘干，得到氧化石墨烯；步骤2:制备离子液体1--3-丁基咪唑溴盐(MEBIm-Br)；，包括如下步骤:步骤2-1:将500mL三口烧瓶置于冰水浴中，向三口烧瓶中通入高纯氮气；分别称取质量为39.37g、33.39g与31.36g的2-溴乙醇、三乙胺和甲基丙烯酰氯，并分别将其溶于50ml 二氯甲烷，混合均匀后按照以上排序顺次缓慢加入三口烧瓶中；步骤2-2:待烧瓶中液体混合均匀后，室温下搅拌18h，过滤；滤液用去离子水洗4次，用分液漏斗分离，得到的有机层用无水MgS04干燥，真空抽滤得到纯净的淡黄色液体2-溴乙基甲基丙烯酸酯；步骤2-3:在250mL单口烧瓶中加40.46g2_溴乙基基丙烯酸乙酯和26.03g正丁基咪唑，再加入少量2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚，40°C油浴搅拌反应24h，得到粘稠黄色液体；步骤2-4:产物溶解在30mL 二氯甲烷中，用200mL冰乙醚沉淀三次，得到纯净产物1--3_ 丁基咪唑溴盐(MEBIm-Br)；步骤3:制备新型石墨烯聚离子液体复合材料，包括如下步骤:步骤3-1:将0.5g步骤1制得的氧化石墨稀超声分散在130mL体积比DMF/H20 =9:1的混合溶液中，超声分散30min，加入0.3g NaBH4，80°C反应12h后离心用水洗涤4次，60°C真空烘干，得部分还原的氧化石墨烯；步骤3-2:将0.5g部分还原的氧化石墨稀分散在130mL体积比DMF/H20 = 9:1的混合溶液中，超声分散lh，加入2.0g l--3_ 丁基咪唑溴盐(MEBIm-Br)，在2.0g AIBN氮气保护下70°C反应8h，用乙醇和水洗涤数次，离心后在60°C真空干燥24h，得到粉末；步骤3-3:0.5g步骤3-2所得粉末超声分散在100mL蒸馏水中，加入10mL 80 %的水合肼，100°c反应24h，用乙醇和水洗涤数次，离心后在60°C真空干燥24h，得到咪唑类离子液体为BVIm-Br的石墨稀聚离子液体复合材料(rG0-poly-MEBIm_Br)。进一步地，上述制备方法所使用的试剂原料为优级纯或分析纯，其中水合肼的纯度为80%。步骤3-3中所用到的还原剂NaBH4&可以由LiAlH 4替代。本专利技术提供的一种新型石墨烯聚离子液体的制备方法，主要通过氧化石墨烯上的含氧官能团与离子液体咪唑环上的双键进行化学聚合反应，在合成过程中加入强还原剂水合肼来还原氧化石墨烯，从而得到石墨烯聚离子液体复合材料。咪唑类离子液体可以是直接购买的1- 丁基-3-乙烯基咪唑溴化物(BVIm-Br)，或者步骤2合成的1_-3- 丁基咪唑溴盐(MEBIm-Br)。通过对所合成的两类石墨烯聚离子液体的SEM、TEM表征可知，氧化石墨烯呈现半透明层状结构，呈完全剥离状态，干净无其它杂质；而在rGO的半透明层状上带有小颗粒物质，表明离子液体咪唑环上的双键与氧化石墨烯上的含氧基团如羟基、羧基、羰基等通过化学键合连接在一起，当引发改性剂和单体的共聚之后，聚合物链就会共价接枝到G0的表面，生成新的复合物。通过对所合成的两类石墨烯聚离子液体的XRD、FT-1R表征可知，聚合物拥有氧化石墨烯(G0)和咪唑环共同的特征吸收峰。通过探讨这两类石墨烯聚离子液体对橙黄G吸附效果的影响，结果均表明吸附率随着橙黄G初始浓度的增加而下降。并且通过对比可知，rGO-poly-MEBIm-Br的吸附率略高于rGO-ρο 1 y-BVIm-Br的吸附率，原因可能是前者的双键离咪挫环较远，化学结构较稳定，有利于吸附。【附图说明】图1为实施例1中的G0和rG0-poly-BVIm-Br的SEM照片。其中，(a)为G0，(b)为 rGO-poly-BVIm-Br。图2为实施例1中的G0和rG0-poly-BVIm-Br的TEM照片。其中，(a)为G0，(b)为 rGO-poly-BVIm-Br。图3为实施例1中的G0和rGO-poly-BVIm-Br的红外光谱。其中，(a)为GO, (b)为 rGO-poly-BVIm-Br。图4为实施例1中的G0和rGO-poly-BVIm-Br的XRD图。其中，(a)为GO, (b)为rG0-po1y-BVIm-Br。 图5为实施例2中的G0和rGO-poly-MEBIm-Br的SEM照片。其中，(a)为GO, (b)为 rGO-poly-MEBIm-Br。图6为实施例2中的G0和rGO-poly-MEBIm-Br的TEM照片。其中，(a)为G0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型石墨烯聚离子液体复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：制备氧化石墨烯，包括如下步骤：步骤1‑1：温度维持在0‑5 ℃的情况下，将5g 800 目石墨粉在搅拌下缓慢加入到装有115ml 浓硫酸的1000ml 的大烧杯中；再缓慢加入2.5g 硝酸钠和15g 高锰酸钾的混合物，低温反应15 min；在35 ℃左右恒温水浴中，搅拌下保温30 min；再缓慢加入230ml 温水，使温度上升到98 ℃；在此温度下维持15 min之后，用温水稀释至700ml，倒入50ml，30％的双氧水，趁热过滤；步骤1‑2：对步骤1‑1 所得的悬浊液进行抽滤；再用5％的盐酸洗涤滤饼，直至滤液中无硫酸根离子；步骤1‑3：将步骤1‑2 得到的滤饼放在60℃的真空干燥箱中充分干燥，得到氧化石墨烯；步骤1‑4：取25mg 干燥后的氧化石墨粉末，超声30 min分散于500mL 蒸馏水中，制得0.05mg/mL 的氧化石墨烯溶胶；步骤1‑5：将步骤1‑4所得的氧化石墨烯溶胶于离心机离心；步骤1‑6：将步骤1‑5得到的沉淀物于60℃真空干燥箱中烘干，得到氧化石墨烯；步骤2：制备离子液体1‑[(2‑甲基丙烯酰氧基)‑乙基]‑3‑丁基咪唑溴盐(MEBIm‑Br)，包括如下步骤：步骤2‑1：将500 mL三口烧瓶置于冰水浴中，向三口烧瓶中通入高纯氮气；分别称取质量为39.37 g 、33.39 g 与31.36 g 的2‑溴乙醇、三乙胺和甲基丙烯酰氯，并分别将其溶于50ml二氯甲烷，混合均匀后按照以上排序顺次缓慢加入三口烧瓶中；步骤2‑2：待烧瓶中液体混合均匀后，室温下搅拌18 h，过滤；滤液用去离子水洗4次，用分液漏斗分离，得到的有机层用无水MgSO4干燥，真空抽滤得到纯净的淡黄色液体2‑溴乙基甲基丙烯酸酯；步骤2‑3：在250 mL单口烧瓶中加40.46 g2‑溴乙基基丙烯酸乙酯和26.03 g正丁基咪唑，再加入少量2, 6‑二叔丁基‑4‑甲基苯酚，40 ℃油浴搅拌反应24 h，得到粘稠黄色液体；步骤2‑4：产物溶解在30 mL二氯甲烷中，用200 mL冰乙醚沉淀三次，得到纯净产物1‑[(2‑甲基丙烯酰氧基)‑乙基]‑3‑丁基咪唑溴盐（MEBIm‑Br）；步骤3：制备新型石墨烯聚离子液体复合材料，包括如下步骤：步骤3‑1：将0.5 g步骤1制得的氧化石墨烯超声分散在130 mL体积比DMF/H2O=9:1的混合溶液中，超声分散30 min，加入0.3 g NaBH4，80 ℃反应12 h后离心用水洗涤4次，60 ℃真空烘干，得部分还原的氧化石墨烯；步骤3‑2：将0.5 g部分还原的氧化石墨烯分散在130 mL体积比DMF/H2O=9:1的混合溶液中，超声分散1 h，加入2.0 g 1‑[(2‑甲基丙烯酰氧基)‑乙基]‑3‑丁基咪唑溴盐(MEBIm‑Br)，在2.0 g AIBN氮气保护下70 ℃反应8 h，用乙醇和水洗涤数次，离心后在60 ℃真空干燥24 h，得到粉末；步骤3‑3：0.5 g步骤3‑2所得粉末超声分散在100 mL蒸馏水中，加入10 mL 80%的水合肼，100 ℃反应24 h，用乙醇和水洗涤数次，离心后在60 ℃真空干燥24 h，得到咪唑类离子液体为BVIm‑Br的石墨烯聚离子液体复合材料(rGO‑poly‑MEBIm‑Br)。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱义族，蔡美强，蒋璐，魏晓琴，金米聪，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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