硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料及制备方法技术

硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料及制备方法，将纯化后碳管超声分散在无水乙醇中，随后与氧化石墨烯的无水乙醇分散液混合，再经超声、抽滤、真空干燥制得石墨烯/碳纳米管复合材料。将乙酸、丙酮、3‑巯丙基三甲氧基硅烷配制成混合溶液，然后复合材料分散其中，通入氮气保护，反应后抽滤、真空干燥后得到硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料。该复合材料属于纳米材料，具有纳米材料所具备的优良特性，并且通过简单离心操作可实现快速分离，而且表面具有多种活性基团，通过表面基团与污水中重金属离子和有机污染物的络合作用，可实现污染物的去除。

Thiol modified graphene / carbon nanotube composite material and preparation method thereof

The graphene / thiol modified carbon nanotube composite material and its preparation method, purified carbon nanotubes dispersed in ethanol, ethanol and then the graphene oxide dispersion by ultrasonic, mixing, filtering, vacuum drying of graphene / carbon nanotube composite material. The acetic acid, acetone, 3 mercaptopropyltrimethoxysilane formulated into a mixed solution, and then dispersed in the composite material, adding nitrogen protection, reaction after filtration, vacuum drying to obtain graphene / thiol modified carbon nanotube composite material. The composite material belongs to the nanometer material, has excellent properties of nano materials have, and achieve rapid separation by simple centrifugation, and the surface has a variety of active groups, through the complexation of heavy metal ions in wastewater and surface groups and organic pollutants, can remove pollutants.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属纳米材料
，具体涉及硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料制备技术。
技术介绍
碳纳米管和石墨烯两种新型碳材料分别在1991年和2004年被日本电镜学家IijimaS与英国曼彻斯特大学的两位科学家AndreGeim、KonstantinNovoselov发现，这两种新型碳材料具有很多优点，诸如导电性优异、比表面积大、空间结构独特、质量密度轻、与污染物分子之间作用较强等，在国内外各领域掀起了研究热潮。但是这两种新型碳材料也有很多缺点，例如相互之间易团聚、缠绕、折叠，表面能高，在各类溶剂较为难溶等，这限制了其在很多领域的应用。在材料研究领域，一般采用化学基团修饰和物理吸附等方法来提高材料的性能以及分散性等。化学改性的优点主要表现为保留其完整的力学、电学性能并可很大程度的提高其分散能力。物理吸附方法主要以表面吸附生物大分子、有机高分子等来改善材料表面，但容易脱落，热稳定性差等缺点很明显。虽然化学改性有很多优点，但是通常表面基团引入率差，效率低，因此如果能在其表面大量引入基团则可以极大地提高其吸附能力，改善其性能。基于上述考虑，本专利技术首先将石墨烯与碳纳米管制备成复合材料，然后采用化学改性的方法在其表面引入硫醇基等基团，从而提高其物理、化学性能。专利[TW201323538A]公开了一种炭基涂层材料，其表面覆盖有一层含有硫醇基、环氧基以及羧基的官能团，该种材料可以用于散热板表面的涂料。专利[CN104399431A]公开了一种氨基和硫醇基修饰的磁性碳纳米管复合材料及制备方法，该种方法制备出了分散性较好的碳纳米管、引入官能团效率较高、功能化程度较高等，可用于污水中重金属离子与有机物的吸附。文献[ASanthanaKrishnaKumar,Shiuh-JenJiang,Wei-LungTseng,Facilesynthesisandcharacterizationofthiol-functionalizedgrapheneoxideaseffectiveadsorbentforHg(II),JournalofEnvironmentalChemicalEngineering,2016,4(2):2052-2065.]报道了用硫醇基修饰石墨烯的材料，并且该种材料对于二价汞离子有良好的去除效率。目前所报道的硫醇化石墨烯/碳纳米管的方法均存在有以下缺点：改性复杂，官能团引入效率低、功能化程度不高。由于引入官能团效率低，使得石墨烯/碳纳米管复合材料表面活性基团少、吸附能力弱。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料及制备方法。硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料及制备方法，所述复合材料由碳纳米管和氧化石墨烯构成，碳纳米管穿插于氧化石墨烯的片层之间或者紧紧贴附于氧化石墨烯的片层之上，复合材料的表面含有硫醇基基团的薄膜。所述的硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，其步骤为：（1）将碳纳米管分散到混酸溶液中，60～80℃下反应1～3小时，随后过滤洗涤，80～120℃干燥8~12h，获得纯化后碳管；（2）将天然石墨加入到质量分数98%的浓硫酸中，机械搅拌直至石墨完全被溶解，接着加入硝酸钠和高锰酸钾温度保持在0~10℃，继续搅拌2.5~4小时，将混合物放入35℃的恒温水浴锅中，缓慢加入去离子水，随后将混合物放入90~100℃的水浴锅中机械搅拌20~40分钟，加入去离子水稀释至600ml，搅拌5-15分钟，加入质量分数30%的双氧水，将产物以8000-10000r/min的速度离心，将离心后的固体物质分散在无水乙醇溶液中超声振荡30~60分钟，真空干燥12~24小时，得到即为氧化石墨烯；（3）分别各秤取等质量的氧化石墨烯和纯化碳纳米管，各自超声2小时，接着将超声后的纯化后碳纳米管逐滴滴入氧化石墨烯中，继续超声30~60分钟，采用0.45微米滤膜抽滤，真空干燥8~12小时后得到氧化石墨烯/碳纳米管复合材料；（4）秤取石墨烯/碳纳米管复合材料加入到装有无水乙醇中，超声震荡5~15分钟，通入氮气保护并机械搅拌5分钟，加入乙酸、3-巯丙基三甲氧基硅烷，室温下搅拌12~24小时，继续加入丙酮继续搅拌6~12小时，采用酒精和蒸馏水分别冲洗5~10次，60~80℃真空干燥8~12小时，获得硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料。本专利技术有益之处为：（1）本专利技术将石墨烯/碳纳米管复合材料的吸附性能和硫醇基优异的配位基相结合，使纳米复合材料对污水中重金属离子、有机污染物具有很好吸引力，主要是将氧化石墨烯、碳纳米管、功能基团三者的物理化学性质相结合，是一种良好的功能纳米颗粒的载体。（2）本专利技术得到的石墨烯/碳纳米管复合材料，碳纳米管穿插于养化石墨烯层间或者紧紧贴附于氧化石墨烯表面；石墨烯/碳纳米管复合材料的表面具有大量硫醇基基团，对重金属离子具有优异吸附和分离过程，从而有利于重金属离子吸附；本专利技术的制备方法工艺简单，操作方便且条件温和，制备产物吸附容量大具有优异的生物学相容性。在生物医药、环境保护等领域具有潜在应用价值。附图说明图1是本专利技术具体实施例1中石墨烯/碳纳米管复合材料的高分辨透射电子显微镜(TEM)；图2是本专利技术具体实施例1中硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料的高分辨透射电子显微镜(TEM)；图3是本专利技术具体实施例1中硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料的傅里叶-红外光谱图。具体实施方式本专利技术是硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料及制备方法，所述复合材料由碳纳米管和氧化石墨烯构成，碳纳米管穿插于氧化石墨烯的片层之间或者紧紧贴附于氧化石墨烯的片层之上，复合材料的表面含有硫醇基基团的薄膜。所述的硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，其步骤为：（1）将碳纳米管分散到混酸溶液中，60～80℃下反应1～3小时，随后过滤洗涤，80～120℃干燥8~12h，获得纯化后碳管；（2）将天然石墨加入到质量分数98%的浓硫酸中，机械搅拌直至石墨完全被溶解，接着加入硝酸钠和高锰酸钾温度保持在0~10℃，继续搅拌2.5~4小时，将混合物放入35℃的恒温水浴锅中，缓慢加入去离子水，随后将混合物放入90~100℃的水浴锅中机械搅拌20~40分钟，加入去离子水稀释至600ml，搅拌5-15分钟，加入质量分数30%的双氧水，将产物以8000-10000r/min的速度离心，将离心后的固体物质分散在无水乙醇溶液中超声振荡30~60分钟，真空干燥12~24小时，得到即为氧化石墨烯；（3）分别各秤取等质量的氧化石墨烯和纯化碳纳米管，各自超声2小时，接着将超声后的纯化后碳纳米管逐滴滴入氧化石墨烯中，继续超声30~60分钟，采用0.45微米滤膜抽滤，真空干燥8~12小时后得到氧化石墨烯/碳纳米管复合材料；（4）秤取石墨烯/碳纳米管复合材料加入到装有无水乙醇中，超声震荡5~15分钟，通入氮气保护并机械搅拌5分钟，加入乙酸、3-巯丙基三甲氧基硅烷，室温下搅拌12~24小时，继续加入丙酮继续搅拌6~12小时，采用酒精和蒸馏水分别冲洗5~10次，60~80℃真空干燥8~12小时，获得硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料。以上所述碳纳米管为多壁或者单壁碳纳米管。以上所述混酸溶液是浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料，其特征在于，所述复合材料由碳纳米管和氧化石墨烯构成，碳纳米管穿插于氧化石墨烯的片层之间或者紧紧贴附于氧化石墨烯的片层之上，复合材料的表面含有硫醇基基团的薄膜。

【技术特征摘要】
1.硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料，其特征在于，所述复合材料由碳纳米管和氧化石墨烯构成，碳纳米管穿插于氧化石墨烯的片层之间或者紧紧贴附于氧化石墨烯的片层之上，复合材料的表面含有硫醇基基团的薄膜。2.根据权利要求1所述的硫醇基修饰的石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，其步骤为：（1）将碳纳米管分散到混酸溶液中，60～80℃下反应1～3小时，随后过滤洗涤，80～120℃干燥8~12h，获得纯化后碳管；（2）将天然石墨加入到质量分数98%的浓硫酸中，机械搅拌直至石墨完全被溶解，接着加入硝酸钠和高锰酸钾温度保持在0~10℃，继续搅拌2.5~4小时，将混合物放入35℃的恒温水浴锅中，缓慢加入去离子水，随后将混合物放入90~100℃的水浴锅中机械搅拌20~40分钟，加入去离子水稀释至600ml，搅拌5-15分钟，加入质量分数30%的双氧水，将产物以8000-10000r/min的速度离心，将离心后的固体物质分散在无水乙醇溶液中超声振荡30~60分钟，真空干燥12~24小时，得到即为氧化石墨烯；（3）分别各秤取等...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜丽丽，李传通，于海涛，侯新刚，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62