一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、制法及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、其制备方法与应用。所述超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉包括：氧化硅纳米粒子，以及由石墨烯片层构成的连续的三维多孔网络结构；三维多孔网络结构包括微孔、介孔和宏孔，氧化硅纳米粒子至少分布在石墨烯片层的两侧面。超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的制备方法包括：提供块体石墨烯水凝胶，获得石墨烯醇凝胶颗粒；得到氧化硅杂化的石墨烯醇凝胶颗粒；获得超疏水氧化硅杂化石墨烯醇凝胶颗粒；获得超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉。较现有技术，本发明专利技术超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，尺寸小、密度低，具有优异的疏水性及化学稳定性，制备工艺简单、反应条件温和可控，应用前景广泛。

Superhydrophobic silicon oxide hybrid graphene aerogel powder, preparation method and application thereof

The invention discloses a super hydrophobic silica hybrid graphene aerogel powder, its preparation method and application. The superhydrophobic silica hybrid graphene aerogel micropowder includes: silicon oxide nanoparticles, and a continuous three-dimensional porous network structure composed of graphene lamellae; the three-dimensional porous network structure includes micropores, mesoporous and macro pores, and the silica nanoparticles are distributed at least on the two side of the graphene sheet. The preparation methods of superhydrophobic silica hybrid graphene aerogel powders include: providing block graphene hydrogels, obtaining graphene enol gel particles, obtaining silica hybrid graphite enol gel particles, obtaining super hydrophobic silica hybrid graphite enol gel particles, and obtaining super hydrophobic silica hybrid graphene aerogel microparticles. Powder. Compared with the prior art, the superhydrophobic silicon oxide hybrid graphene aerogel powder has the advantages of small size, low density, excellent hydrophobicity and chemical stability, simple preparation process, mild reaction condition and wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、制法及其应用
本专利技术涉及一种石墨烯气凝胶微粉，尤其涉及一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、制法及其应用，属于纳米多孔材料

技术介绍
气凝胶的产生起源于上世纪三十年代，由美国加州太平洋大学化学家Sterven.S.Kistler无意中专利技术的一种物质，俗称“冷冻烟雾”，是将硅胶中的水提取出来，然后用诸如二氧化碳之类的气体取代水的方法制成的。作为一种高度多孔性的纳米材料，气凝胶是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。经过八十多年的发展，气凝胶材料已逐步实现商业化，在诸多领域有着重要的应用。石墨烯气凝胶因为有着高比表面积、高孔隙率、低密度，高电导率等优点，在储能、催化、吸附、传感等领域有着广阔的应用前景。目前对石墨烯气凝胶的研究大多局限于宏观块体，对石墨烯气凝胶微粉的研究报道相对较少。块体石墨烯气凝胶往往柔韧性不好，难以加工成不同形状应用于各种不同的场合，并且难以一次性得到大块的石墨烯气凝胶，生产成本较高。而石墨烯气凝胶微粉，在保留高比表面积、高孔隙率、质轻等特性的同时，具有较小的尺寸可以应用在药物载体、相变材料载体、吸附等领域，也可以作为填料易于与高分子等其它材料进行混合加工成不同的形状和尺寸，扩展了石墨烯气凝胶的应用范围。通过直接粉碎石墨烯气凝胶块体可以获得石墨烯气凝胶微粉，但是这种方法极容易破坏石墨烯气凝胶原有的骨架结构，难以保持原有的高比表面积、高孔隙率等特性，得到的石墨烯气凝胶微粉性能也比较差。因此，如何在保存气凝胶多孔结构的同时得到高比表面积石墨烯气凝胶微粉是一大丞需解决的难题。但是，即便获得了高比表面积的石墨烯气凝胶微粉，如果不经过疏水改性，长时间暴露于空气中石墨烯气凝胶微粉会因为吸湿而相互团聚，逐渐损失比表面积和孔隙率，使得原有的性能大幅度下降。由于石墨烯片层的独特性质，对石墨烯气凝胶进行疏水化改性并不容易。相比来说，氧化硅气凝胶的疏水化改性已经发展的比较成熟，如果对石墨烯气凝胶微粉进行氧化硅杂化，则可以通过改性氧化硅来获得超疏水的气凝胶微粉。例如，专利CN104860304A采用氧化石墨烯分散液直接与硅氧烷混合后高温还原的方法制备了氧化硅杂化石墨烯气凝胶，目的是提高杂化石墨烯气凝胶的比表面积。但是在该方法中，氧化石墨烯片层与硅氧烷极易混合不均匀导致石墨烯片层之间搭接不连续，会有团聚的氧化硅颗粒夹杂在石墨烯片层之间，不能形成连续的石墨烯网络结构，导致最终得到的气凝胶电导率下降，并且专利CN104860304A并没有提出可以制备超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的有效方案。鉴于对质轻、高比表面积、高孔隙率、低生产成本、高的形状可塑性及超疏水的石墨烯气凝胶微粉材料的需求，迫切需要并提出一种结构与性能新颖的杂化石墨烯气凝胶微粉及制备方法，来达到工艺简单、周期短、成本低的目的，充分发挥气凝胶材料的优势，将气凝胶的应用推向一个新高度，进而满足社会发展对多功能一体化新材料的需求。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、制法及其应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，包括：氧化硅纳米粒子，以及，由石墨烯片层构成的连续的三维多孔网络结构；所述三维多孔网络结构包括微孔、介孔和宏孔，所述氧化硅纳米粒子至少均匀分布在所述石墨烯片层的两侧表面上。本专利技术实施例还提供了一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的制备方法，包括以下步骤：(1)提供块体石墨烯水凝胶，对所述石墨烯水凝胶进行破碎处理，再分散于乙醇中，获得石墨烯醇凝胶颗粒；(2)将所述石墨烯醇凝胶颗粒与硅源进行混合，加入碱催化剂进行催化水解，静置，得到氧化硅杂化的石墨烯醇凝胶颗粒；(3)以非极性有机溶剂对获得的氧化硅杂化的石墨烯醇凝胶颗粒进行置换处理后，再采用疏水化试剂进行改性，获得超疏水氧化硅杂化石墨烯醇凝胶颗粒；(4)对所述超疏水氧化硅杂化石墨烯醇凝胶颗粒进行干燥处理，获得超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉本专利技术实施例还提供了一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉于保温隔热、电池、超级电容器、吸附、传感领域，以及制备液体弹珠中的应用。本专利技术实施例还提供了一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉于保温隔热、电池、超级电容器、吸附或传感领域或制备液体弹珠中的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点至少在于：1)本专利技术实施例提供的超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，主要由石墨烯气凝胶颗粒和氧化硅纳米粒子组成，具有较小的尺寸、较小的密度及较大的疏水角，具有优异的电学、疏水性、及化学稳定性。可以提供优异的静态微波屏蔽和红外屏蔽的特性，可以稳定的的漂浮于空气中，具有漂浮状态下屏蔽红外信号的作用；2)本专利技术实施例提供的超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉制备工艺简单，反应条件温和、可控，低能耗，绿色无污染，适于大规模生产，应用前景广泛；3)在制备工艺中，先对石墨烯水凝胶进行破碎处理，其孔结构中的水分会抵抗外来作用力，使得孔结构不会被破坏，从而保持原有三维多孔网络结构，在后续的干燥处理中可以保存原有的高比表面积和孔隙率。另外，在先形成石墨烯连续网络结构的基础上，再与硅源混合，可以在不破坏石墨烯气凝胶本身电导率的基础上，对其进行疏水化改性和提高比表面积。4)本专利技术实施例提供的超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，具有高比表面积和孔隙率，热导率低，具有很好的保温隔热性能及良好的导电性，可作为复合材料的填料应用于保温隔热、电池、超级电容器及传感等领域。同时，其高比表面积、孔隙率以及疏水亲油性可以有效清除有机污染物，用于吸附领域中。另外，其也可用于制备“液体弹珠”，应用前景广泛。附图说明图1是本专利技术实施例1所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的粒径分布图；图2是本专利技术实施例2所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的粒径分布图；图3是本专利技术实施例3所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的粒径分布图；图4a是本专利技术实施例4所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的的SEM照片；图4b是本专利技术实施例4所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的的TEM照片；图5a是本专利技术实施例5所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的的SEM照片；图5b是本专利技术实施例5所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的的TEM照片；图6a是本专利技术实施例6所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的的SEM照片；图6b是本专利技术实施例6所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的的TEM照片；图7a是本专利技术实施例7所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的的SEM照片；图7b是本专利技术实施例7所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的的TEM照片；图8是本专利技术实施例8所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的的BET测试图；图9是本专利技术实施例9所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的疏水角测试照片；图10是本专利技术实施例10所获超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉所制备的“液体弹珠”的照片。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术可以在保存气凝胶多孔结构和保障石墨烯气凝胶高电导率的前提下，获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，其特征在于包括：氧化硅纳米粒子，以及，由石墨烯片层构成的连续的三维多孔网络结构；所述三维多孔网络结构包括微孔、介孔和宏孔，所述氧化硅纳米粒子至少均匀分布在所述石墨烯片层的两侧表面上。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，其特征在于包括：氧化硅纳米粒子，以及，由石墨烯片层构成的连续的三维多孔网络结构；所述三维多孔网络结构包括微孔、介孔和宏孔，所述氧化硅纳米粒子至少均匀分布在所述石墨烯片层的两侧表面上。2.根据权利要求1所述的超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，其特征在于，所述超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉包含碳、氢、氧、硅元素，其中硅元素来源于所述氧化硅纳米粒子；和/或，所述超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的粒径为0.1μm～800μm，优选为0.1μm～500μm，进一步优选为1μm～300μm；和/或，所述超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的比表面积为10～1200m2/g，优选为100～1000m2/g，进一步优选为200～800m2/g；和/或，所述超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的孔容为0.3～3.0cm3/g，优选为0.5～2.5cm3/g，进一步优选为0.7～2.3cm3/g；和/或，所述超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的孔隙率为1～99％；和/或，所述超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉与水的静态接触角为90～175°，优选为115°～160°。3.根据权利要求1所述的超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，其特征在于，所述超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉中，石墨烯片层的含量为10～90wt％，氧化硅纳米粒子的含量为90～10wt％。4.根据权利要求1所述的超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉，其特征在于，所述微孔的孔径大于0而小于2nm，所述介孔的孔径为2～50nm，所述宏孔的孔径为50nm～500μm；和/或，所述三维多孔网络结构的孔隙率为1～99％，比表面积为10～1200m2/g，孔容为0.3～3.0cm3/g，密度为5～300mg/mL。5.如权利要求1-4中任一项所述的超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供块体石墨烯水凝胶，对所述石墨烯水凝胶进行破碎处理，再分散于乙醇中，获得石墨烯醇凝胶颗粒；(2)将所述石墨烯醇凝胶颗粒与硅源进行混合，加入碱催化剂进行催化水解，静置，得到氧化硅杂化的石墨烯醇凝胶颗粒；(3)以非极性有机溶剂对获得的氧化硅杂化的石墨烯醇凝胶颗粒进行置换处理后，再采用疏水化试剂进行改性，获得超疏水氧化硅杂化石墨烯醇凝胶颗粒；(4)对所述超疏水氧化硅杂化石墨烯醇凝胶颗粒进行干燥处理，获得超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉。6.如权利要求5中所述的超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学同，吴晓涵，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32