一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法，包括甲壳素和氧化石墨烯溶液，制备方法为：首先将甲壳素进行纳米纤丝化处理，然后将甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯进行插层复合，得到甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液，再利用氧化还原的方法对甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液进行处理，得到甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合物，最后通过冷冻干燥即得甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶。本发明专利技术原料来源广泛，价格低廉，制备方法简单，所制备的复合气凝胶材料性能优异，可以广泛应用于电化学、传感技术、能源以及吸附领域。

Chitin nano fibril and graphene composite aerogel and preparation method thereof

The invention discloses a chitin nano fibril and graphene composite aerogel and a preparation method thereof, which comprises chitin and graphene oxide solution. The preparation method is as follows: firstly, chitin is treated by nano fibril treatment, and then chitin nano-fibril and graphene oxide are intercalated to obtain chitin nanoscale fibers. The composite solution of graphene oxide and oxidation-reduction method were used to deal with the composite solution of chitin nano-sized wire and graphene oxide to obtain chitin nanoscale composite with graphene. Finally, the chitin nanoscale and Shi Moxi composite aerogels were obtained by freeze-drying. The invention has wide sources of raw materials, low cost, simple preparation method, excellent composite aerogel materials, and can be widely applied to electrochemistry, sensing technology, energy sources and adsorption fields.

【技术实现步骤摘要】
一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯复合气凝胶，尤其是一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法。
技术介绍
甲壳素是地球上储存量最为丰富的生物高分子聚合物，也是迄今为止自然界中被发现的唯一带正电荷的纳米纤维。通常情况下，通过机械法处理(纳米精磨法、超声破碎法、高压均质法)以及强酸(如浓硫酸、浓盐酸、浓磷酸)对甲壳素进行水解处理可以得到纳米纤丝化甲壳素。甲壳素纳米纤丝是一类新型的具有高长径比和比表面积的生物质纳米材料，不仅生物相容性、环境相容性好，而且具有极佳的机械特性，是当前生物质纳米材料领域的研究热点。石墨烯是一种具有六边形蜂窝状结构厚度仅为单层原子的二维纳米碳材料，其中的碳原子以sp2杂化地形式紧密地排列。研究表明石墨烯的比表面积可以高达2600m2/g，杨氏模量约为1100Gpa，断裂强度为125Gpa，机械强度为1060Gpa，热导率5000W/m.K，并且具有优越的电子传输能力。石墨烯气凝胶代表石墨烯在三维宏观尺度构筑的一类新型多孔碳纳米材料，不仅拥有石墨烯自身的优异功能，还拥有丰富的孔隙、超轻的密度、大比表面积、低导热系数、高导电率、良好的力学可压缩性和结构稳定性，使其在电子工程、防护工程、传感技术、热能工程和储能等领域广阔的应用前景。虽然石墨烯材料气凝胶材料性能优异，但是大规模的生产成本较高，并且生产过程中使用大量的有机溶剂，容易对环境造成二次污染。将甲壳素纳米纤丝和石墨烯复合，使得甲壳素纳米纤丝石墨烯复合气凝胶材料的性能可以与石墨烯气凝胶相媲美，但是甲壳素纳米纤丝石墨烯复合气凝胶的制备工艺还不成熟。
技术实现思路
为了克服现有技术中石墨烯气凝胶制备过程中结构单一、生产成本高等缺陷，本专利技术提供一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法，包括甲壳素和氧化石墨烯，制备方法为：首先将甲壳素进行纳米纤丝处理，然后将甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯进行插层复合，得到甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液，再利用氧化还原的方法对甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液进行处理，得到甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合物，最后通过冷冻干燥的方法进行干燥，即得甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶；具体的制备步骤为：步骤一，将富含甲壳素的材料利用化学抽提的方法进行纯化，得到纯化后的甲壳素材料，然后将纯化后的材料配制成1L质量分数为1％的溶液，加入0.1mmolTEMPO、1mmol溴化钠，在磁力搅拌器500-800rpm下搅拌20-30min，然后加热至60℃，加入3mmol的次氯酸钠，利用氢氧化钠调节溶液的pH值，pH＝10，将装置密封，反应2h，加入乙醇结束反应，最后将得到的样品用蒸馏水冲洗干净，pH＝6-7，将得到的样品配制成0.01-1％的溶液，通过机械法处理1-2h，得到甲壳素纤维的分散液；步骤二，利用超声波粉碎机(1000-1500W)对步骤一得到的甲壳素纤维的分散液进行处理，将甲壳素纤维的分散液温度控制在25-45℃，处理时间为60-120min，最后得到均匀分散的甲壳素纳米纤丝分散液；步骤三，首先对氧化石墨烯溶液进行分散处理，常温常压磁力搅拌器上机械搅拌10-20min，然后利用超声波粉碎机(500-1800W)处理1-2h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，然后将步骤二纤丝化处理后的甲壳素纳米纤丝分散液加入质量比为1：20-45均匀分散的氧化石墨烯溶液，常温常压磁力搅拌器上800-1000rpm搅拌0.5-1h，匀浆机处理20-30min，最后用超声波粉碎机(800-1500W)处理1-2h，得到均匀分散的甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯混合溶液；步骤四，将步骤三得到的混合溶液，常温常压下加入N2H4·H2O，其中N2H4·H2O：氧化石墨烯的质量比为1：2-6，搅拌分散均匀后，加入NH3·H2O调节体系的pH＝10，常温常压磁力搅拌器500-800rpm上搅拌15-20min，将反应体系密封，加热到85-95℃，反应1-2h，终止反应后冷却至室温；步骤五，将步骤四得到的反应溶液，先用透析的方法与蒸馏水进行置换，然后利用离心的方法，用蒸馏水冲洗至中性，得到甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合物；步骤六，将步骤五得到的甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合物置于-80℃冷冻2h，然后利用冷冻干燥机进行干燥，即得甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合气凝胶。上述的一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法，所述步骤一中富含甲壳素的材料为节肢动物外壳、软体动物内壳或软骨以及菌类中的一种或者两种。上述的一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法，所述步骤一中的机械法处理为：常温常压下磁力搅拌器搅拌20-30min，然后通过匀浆机处理20-30min，盘磨机处理30-60min，最后通过超声波粉碎机处理30-60min。上述的一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法，所述步骤六冷冻干燥机进行干燥处理时冷阱温度为-80--50℃，真空度为10-100Pa，处理时间为5-12h。与现有技术相比本专利技术具有以下优点和突出性效果：本专利技术的有益效果是，本专利技术甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶采用机械掺杂的方法将甲壳素纳米纤丝与石墨烯气凝胶复合，通过绿色制备方法引入的甲壳素纳米纤丝不仅克服了石墨烯气凝胶本身结构疏松难以形成结构致密的材料，还增大了石墨烯气凝胶材料的缺陷，从而增大了石墨烯气凝胶材料的比表面积和孔隙率。本专利技术原料来源广泛，价格低廉，制备方法简单，所制备的复合气凝胶材料性能优异，可以广泛应用于电化学、传感技术、能源以及吸附领域。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术甲壳素纳米纤丝的SEM图；图2为本专利技术甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶SEM图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术的具体结构、工作原理的内容，下面结合附图对本专利技术做进一步的说明，但是以下实施例仅用于说明本专利技术，不用来限制本专利技术的范围。对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据此附图和实施例获得其他的实施例，都属于本专利技术的保护范围。【实施例1】一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法，包括甲壳素和氧化石墨烯，制备方法为：首先将甲壳素进行纳米纤丝处理，然后将甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯进行插层复合，得到甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液，再利用氧化还原的方法对甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液进行处理，得到甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合物，最后通过冷冻干燥的方法进行干燥，即得甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶；具体的制备步骤为：步骤一，将富含甲壳素的材料利用化学抽提的方法进行纯化，得到纯化后的甲壳素材料，然后将纯化后的材料配制成1L质量分数为1％的溶液，加入0.1mmolTEMPO、1mmol溴化钠，在磁力搅拌器500rpm下搅拌30min，然后加热至60℃，加入3mmol的次氯酸钠，利用氢氧化钠调节溶液的pH值，pH＝10，将装置密封，反应2h，加入乙醇结束反应，最后将得到的样品用蒸馏水冲洗干净，pH＝6.8，将得到的样品配制成0.01％的溶液，通过机械法处理得到甲壳素纤维的分散液；步骤二，利用超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法，其特征在于：包括甲壳素和氧化石墨烯，制备方法为：首先将甲壳素进行纳米纤丝化处理，然后将甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯进行插层复合，得到甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液，再利用氧化还原的方法对甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液进行处理，得到甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合物，最后通过冷冻干燥的方法进行干燥，即得甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶；具体的制备步骤为：步骤一，将富含甲壳素的材料利用化学抽提的方法进行纯化，得到纯化后的甲壳素材料，然后将纯化后的材料配制成1L质量分数为1％的溶液，加入0.1mmol TEMPO、1mmol溴化钠，在磁力搅拌器500‑800rpm下搅拌20‑30min，然后加热至60℃，加入3mmol的次氯酸钠，利用氢氧化钠调节溶液的pH值，pH＝10，将装置密封，反应2h，加入乙醇结束反应，最后将得到的样品用蒸馏水冲洗干净，pH＝6‑7，将得到的样品配制成0.01‑1％的溶液，通过机械法处理1‑2h，得到甲壳素纤维的分散液；步骤二，利用功率为1000‑1500W的超声波粉碎机对步骤一得到的甲壳素纤维的分散液进行处理，将甲壳素纤维的分散液温度控制在25‑45℃，处理时间为60‑120min，最后得到均匀分散的甲壳素纳米纤丝分散液；步骤三，首先对氧化石墨烯溶液进行分散处理，常温常压磁力搅拌器上机械搅拌10‑20min，然后利用功率为1000‑1500W超声波粉碎机处理1‑2h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，然后将步骤二纤丝化处理后的甲壳素纳米纤丝分散液加入质量比为1：20‑45均匀分散的氧化石墨烯溶液，常温常压磁力搅拌器上800‑1000rpm搅拌0.5‑1h，匀浆机处理20‑30min，最后用功率为1000‑1500W超声波粉碎机处理1‑2h，得到均匀分散的甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯混合溶液；步骤四，将步骤三得到的混合溶液，常温常压下加入N2H4·H2O，其中N2H4·H2O：氧化石墨烯的质量比为1：2‑6，搅拌分散均匀后，加入NH3·H2O调节体系的pH＝10，常温常压磁力搅拌器500‑800rpm上搅拌15‑20min，将反应体系密封，加热到85‑95℃，反应1‑2h，终止反应后冷却至室温；步骤五，将步骤四得到的反应溶液，先用透析的方法与蒸馏水进行置换，然后利用离心的方法，用蒸馏水冲洗至中性，得到甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合物；步骤六，将步骤五得到甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合物置于‑80℃冷冻2h，然后利用冷冻干燥机进行干燥，即得甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合气凝胶。...

【技术特征摘要】
1.一种甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶及其制备方法，其特征在于：包括甲壳素和氧化石墨烯，制备方法为：首先将甲壳素进行纳米纤丝化处理，然后将甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯进行插层复合，得到甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液，再利用氧化还原的方法对甲壳素纳米纤丝与氧化石墨烯的复合溶液进行处理，得到甲壳素纳米纤丝与石墨烯的复合物，最后通过冷冻干燥的方法进行干燥，即得甲壳素纳米纤丝与石墨烯复合气凝胶；具体的制备步骤为：步骤一，将富含甲壳素的材料利用化学抽提的方法进行纯化，得到纯化后的甲壳素材料，然后将纯化后的材料配制成1L质量分数为1％的溶液，加入0.1mmolTEMPO、1mmol溴化钠，在磁力搅拌器500-800rpm下搅拌20-30min，然后加热至60℃，加入3mmol的次氯酸钠，利用氢氧化钠调节溶液的pH值，pH＝10，将装置密封，反应2h，加入乙醇结束反应，最后将得到的样品用蒸馏水冲洗干净，pH＝6-7，将得到的样品配制成0.01-1％的溶液，通过机械法处理1-2h，得到甲壳素纤维的分散液；步骤二，利用功率为1000-1500W的超声波粉碎机对步骤一得到的甲壳素纤维的分散液进行处理，将甲壳素纤维的分散液温度控制在25-45℃，处理时间为60-120min，最后得到均匀分散的甲壳素纳米纤丝分散液；步骤三，首先对氧化石墨烯溶液进行分散处理，常温常压磁力搅拌器上机械搅拌10-20min，然后利用功率为1000-1500W超声波粉碎机处理1-2h，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液，然后将步骤二纤丝化处理后的甲壳素纳米纤丝分散液加入质量比为1：20-45均匀分散的氧化石墨烯溶液，常温常压磁力...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘妍，朱业安，王云，袁定重，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36