一种测定石墨烯材料比表面积的方法技术

本发明专利技术提供了一种测定石墨烯材料比表面积的方法，所述石墨烯材料比表面积的测定方法是通过在液相体系中石墨烯材料表面吸附亚甲基蓝分子，使得亚甲基蓝溶液的吸光度发生变化，由亚甲基蓝溶液吸光度的变化计算出石墨烯材料对亚甲基蓝的平衡吸附量，进一步由朗格缪尔(Langmuir)吸附等温曲线推算出石墨烯材料对亚甲基蓝分子的饱和吸附量，最后由石墨烯材料对亚甲基蓝分子的饱和吸附量推算出石墨烯材料的比表面积。相较于传统气‑固吸附方式的气体吸附BET测试技术，本发明专利技术中的方法可以更加有效避免石墨烯片层之间的堆叠与团聚，使得石墨烯材料比表面积测定更准确，并且操作简便、测试成本低。

A method for determining the specific surface area of graphene materials

The present invention provides a method for the determination of ratio of surface area of graphene materials, the graphene material determination of specific surface area method is through the adsorption of graphene in liquid phase system in surface Ya Jiaji blue molecules, Ya Jiaji blue solution makes the absorbance change by the change of Ya Jiaji blue solution absorbance is calculated on the basis of the graphene material the equilibrium adsorption amount of Ya Jiaji blue, further by Langmuir (Langmuir) adsorption isotherm curve to calculate the saturated adsorption amount of graphene materials on Ya Jiaji blue molecules, the saturated adsorption capacity of graphene materials Ya Jiaji blue molecules to calculate the surface area of graphene materials. Compared with the traditional testing technology of BET gas adsorption gas solid adsorption method, the method of the invention can more effectively avoid stacking and agglomeration between the graphene layers, the graphene material surface area measurement more accurate, simple and convenient operation, low testing cost.

【技术实现步骤摘要】
一种测定石墨烯材料比表面积的方法
本专利技术属于石墨烯材料
，尤其涉及一种测定石墨烯材料比表面积的方法。
技术介绍
石墨烯材料具有优异的电学、力学、热学性能以及超高的比表面积，广泛应用于电子、宇航、化工、生物和医学等领域，是世界各国重点开发的战略性新型材料。比表面积作为石墨烯最为重要的结构参数之一，对于石墨烯在储能、催化、传感和水处理等领域的应用具有至关重要的作用。气体吸附BET技术是用于测定粉体材料比表面积的常用方法，对于零维、一维以及三维块体及颗粒而言，气体吸附BET测试技术是用来表征这类材料比表面积有效的测试技术。石墨烯材料比表面积巨大，在粉体制备及干燥过程中，石墨烯片层极容易发生堆叠和团聚，将严重影响N2吸附BET比表面积测试，导致N2吸附BET法测定石墨烯材料比表面积值小于样品真实比表面积。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测定石墨烯材料比表面积的方法，本专利技术中的方法测定石墨烯材料比表面积更加准确。本专利技术提供一种测定石墨烯材料比表面积的方法，包括以下步骤：A)绘制亚甲基蓝标准溶液工作曲线；B)配制不同浓度的亚甲基蓝溶液，其浓度记为C0i，将待测石墨烯材料分别与其混合，进行吸附，吸附完成后进行固液分离，收集滤液并测试滤液的吸光度；C)按照所述步骤B)中测试的到的吸光度，从所述亚甲基蓝标准溶液工作曲线查找相对应的浓度，即为滤液的浓度Ci；按照式I计算平衡吸附量Γi，Γi＝(c0i-ci)×V/m式I；式I中，V为吸附溶液的总体积，m为加到亚甲基蓝溶液中的待测石墨烯材料质量；根据朗缪尔吸附方程，滤液浓度C，平衡吸附量Γ和饱和吸附量Γ∞满足式II所示关系式，c/Γ＝c/Γ∞+(Γ∞×K)-1式II；以c/Γ对c作图得一直线，由此直线的斜率和截距可求得饱和吸附量Γ∞；石墨烯材料比表面积S0＝Γ∞×2.45×103。优选的，所述亚甲基蓝标准溶液工作曲线按照以下步骤配制：配制浓度为1～10mg/L不同浓度的亚甲基蓝标准溶液，用用分光光度计在200nm～800nm范围内测量各标准溶液最大吸光度。以亚甲基蓝标准溶液的浓度C为横坐标，以该浓度条件下测定的亚基蓝标准溶液的最大吸光度A为纵坐标，作亚甲基蓝标准溶液A-C工作曲线。优选的，所述石墨烯材料包括机械剥离法制备的石墨烯、插层剥离技术制备的石墨烯、生物基材料制备的石墨烯以及氧化还原法制备的氧化石墨烯和还原氧化石墨烯。优选的，所述步骤B)中亚甲基蓝溶液的浓度为10mg/L～10g/L。优选的，所述步骤B)中石墨烯材料在亚甲基蓝溶液中的浓度为1mg/L～2g/L。优选的，所述步骤B)中，石墨烯材料与亚甲基蓝溶液中亚甲基蓝的质量比为1：(0.1～10)。优选的，所述步骤B)中的固液分离的方法为自然沉降、离心或过滤。优选的，所述过滤所采用的过滤介质为聚乙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯材质的滤膜或滤纸；所述过滤采用布氏漏斗或注射器。优选的，所述步骤B)中的吸附在真空条件下进行，所述吸附的真空度为0.05～0.1MPa；所述吸附的温度为40～60℃；所述吸附的时间为0.5～24小时。申请人研究发现，在一定温度下，固体在某些溶液中的吸附与固体对气体的吸附很相似，可用朗格缪尔(Langmuir)单分子层吸附方程来处理。在一定浓度范围内，石墨烯材料对亚甲基蓝的吸附是单分子层吸附，符合朗缪尔吸附理论的基本假设。基于上述研究，本专利技术提供了一种测定石墨烯材料比表面积的方法，所述石墨烯材料比表面积的测定方法是通过在液相体系中石墨烯材料表面吸附亚甲基蓝分子，使得亚甲基蓝溶液的吸光度发生变化，由亚甲基蓝溶液吸光度的变化计算出石墨烯材料对亚甲基蓝的平衡吸附量，进一步由朗格缪尔(Langmuir)吸附等温曲线推算出石墨烯材料对亚甲基蓝分子的饱和吸附量，最后由石墨烯材料对亚甲基蓝分子的饱和吸附量推算出石墨烯材料的比表面积。相较于传统气-固吸附方式的气体吸附BET测试技术，由于吸附过程发生在液相体系中，因此基于液相吸附技术的亚甲基蓝吸附法可以更加有效避免石墨烯片层之间的堆叠与团聚，使石墨烯材料的物理表面充分暴露于吸附质环境中，使得石墨烯材料比表面积测定更准确，并且操作简便、测试成本低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中亚甲基蓝标准溶液工作曲线；图2为本专利技术实施例1中石墨烯的朗缪尔吸附曲线；图3为本专利技术实施例2中亚甲基蓝标准溶液工作曲线；图4为本专利技术实施例2中石墨烯的朗缪尔吸附曲线；图5为本专利技术实施例3中亚甲基蓝标准溶液工作曲线；图6为本专利技术实施例3中石墨烯的朗缪尔吸附曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种测定石墨烯比表面积的方法，包括以下步骤：A)绘制亚甲基蓝标准溶液工作曲线；B)配制不同浓度的亚甲基蓝溶液，其浓度记为C0i，将待测石墨烯材料分别与其混合，进行吸附，吸附完成后进行固液分离，收集滤液并测试滤液的吸光度；C)按照所述步骤B)中测试的到的吸光度，从所述亚甲基蓝标准溶液工作曲线查找相对应的浓度，即为滤液的浓度Ci；按照式I计算平衡吸附量Γi，Γi＝(c0i-ci)×V/m式I；式I中，V为吸附溶液的总体积，m为加到亚甲基蓝溶液中的待测石墨烯材料质量；根据朗缪尔吸附方程，滤液浓度C，平衡吸附量Γ和饱和吸附量Γ∞满足式II所示关系式，c/Γ＝c/Γ∞+(Γ∞×K)-1式II；以c/Γ对c作图得一直线，由此直线的斜率和截距可求得饱和吸附量Γ∞；石墨烯材料比表面积S0＝Γ∞×2.45×103。本专利技术是采用如下技术方案实现的：通过在液相体系中石墨烯材料表面吸附亚甲基蓝分子，使得亚甲基蓝溶液的吸光度发生变化，由亚甲基蓝溶液吸光度的变化计算出石墨烯材料对亚甲基蓝的平衡吸附量，进一步由朗格缪尔(Langmuir)吸附等温曲线推算出石墨烯材料对亚甲基蓝分子的饱和吸附量，最后由石墨烯材料对亚甲基蓝分子的饱和吸附量推算出石墨烯材料的比表面积。具体包括如下步骤：(1)亚甲基蓝标准溶液工作曲线绘制：配置浓度为1～10mg/L不同浓度亚甲基蓝标准溶液，用分光光度计在200nm～800nm范围内测量各标准溶液最大吸光度。以亚甲基蓝标准溶液的浓度C为横坐标，以该浓度条件下测定的亚基蓝标准溶液的最大吸光度A为纵坐标，作亚甲基蓝标准溶液A-C工作曲线。(2)吸附试验：a：将待测石墨烯材料样品于60～200℃干燥1～24h，备用。b：配置不同浓度亚甲基蓝原始溶液，盛装于带支口的锥形瓶中，再称量一定量干燥后的待测石墨烯材料加入到锥形瓶中，超声分散或搅拌分散均匀，然后对锥形瓶抽真空，真空度控制在0.05MPa～0.1MPa，最后将锥形瓶密封并放置在40℃～60℃环境条件下震荡、搅拌或静置反应0.5h～24h。吸附完成后将石墨烯材料与亚甲基蓝溶液通过自然沉降、离心或过滤分离，收集平衡滤液并测试平衡滤液的吸光度。(3)比表面积计算：a:平衡滤液中亚甲基蓝浓度计算：将测定的各平衡滤液吸光度，从亚甲基蓝标准溶液A-C工作曲线上查得相对应的浓度，即为各平衡滤液的浓度Ci。b:吸附量计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定石墨烯材料比表面积的方法，包括以下步骤：A)绘制亚甲基蓝标准溶液工作曲线；B)吸附实验：配制不同浓度的亚甲基蓝溶液，其浓度记为C0i，将待测石墨烯材料分别与其混合，进行吸附，吸附完成后进行固液分离，收集滤液并测试滤液的吸光度；C)吸附量及比表面积计算：按照所述步骤B)中测试的到的吸光度，从所述亚甲基蓝标准溶液工作曲线查找相对应的浓度，即为滤液的浓度Ci；按照式I计算平衡吸附量Γi，Γi＝(c0i‑ci)×V/m式I；式I中，V为吸附溶液的总体积，m为加到亚甲基蓝溶液中的待测石墨烯材料质量；根据朗缪尔吸附方程，滤液浓度C，平衡吸附量Γ和饱和吸附量Γ∞满足式II所示关系式，c/Γ＝c/Γ∞+(Γ∞×K)

【技术特征摘要】
1.一种测定石墨烯材料比表面积的方法，包括以下步骤：A)绘制亚甲基蓝标准溶液工作曲线；B)吸附实验：配制不同浓度的亚甲基蓝溶液，其浓度记为C0i，将待测石墨烯材料分别与其混合，进行吸附，吸附完成后进行固液分离，收集滤液并测试滤液的吸光度；C)吸附量及比表面积计算：按照所述步骤B)中测试的到的吸光度，从所述亚甲基蓝标准溶液工作曲线查找相对应的浓度，即为滤液的浓度Ci；按照式I计算平衡吸附量Γi，Γi＝(c0i-ci)×V/m式I；式I中，V为吸附溶液的总体积，m为加到亚甲基蓝溶液中的待测石墨烯材料质量；根据朗缪尔吸附方程，滤液浓度C，平衡吸附量Γ和饱和吸附量Γ∞满足式II所示关系式，c/Γ＝c/Γ∞+(Γ∞×K)-1式II；以c/Γ对c作图得一直线，由此直线的斜率和截距可求得饱和吸附量Γ∞；石墨烯材料比表面积S0＝Γ∞×2.45×103。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亚甲基蓝标准溶液工作曲线按照以下步骤配制：配制浓度为1～10mg/L不同浓度的亚甲基蓝标准溶液，用用分光光度计在300nm～800nm范围内测量各标准溶液最大吸光度；以亚甲基蓝标准溶液的浓度C为横坐标，以该浓度条件下测定的亚基蓝标准溶液的最大吸光度A为纵坐标，作亚甲基蓝标准溶液A...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦志鸿，庞琳，周旭峰，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33