疏水性氧化石墨烯气凝胶及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种疏水性氧化石墨烯气凝胶及其生产方法。将氧化石墨烯气凝胶在450～1000℃下进行退火处理获得疏水性氧化石墨烯气凝胶。

Hydrophobic graphene oxide aerogel and its production process

【技术实现步骤摘要】
疏水性氧化石墨烯气凝胶及其生产方法
本专利技术涉及一种疏水性氧化石墨烯气凝胶及其生产方法。
技术介绍
石墨烯材料是一种具备超薄片层结构，具有良好的机械和热稳定性的碳材料。目前石墨烯的制备方法主要有机械剥离法，外延生长法，化学气象沉积法和氧化石墨烯还原法。基于化学反应的氧化石墨烯还原法实现了经济、快速、大规模制备石墨烯。将氧化石墨烯通过热还原或者化学还原自组装成为三维网状，再进一步干燥得到氧化石墨烯气凝胶。氧化石墨烯气凝胶兼具石墨烯和气凝胶的双重特性，对石油和有机溶剂具有高效的吸附性能和压缩回弹性，可实现重复吸附-脱附过程，从而实现对石油和有机溶剂的连续吸附。CN107311152A公开了一种石墨烯的制备方法，将长程有序氧化石墨烯液晶暴露于气相交联剂氛围中静置，使交联剂以气象扩散方式进入氧化石墨烯液晶体系，获得具有液晶纹影织构的氧化石墨烯气凝胶。该方法通过引入交联剂增强氧化石墨烯气凝胶的骨架结构，增加了后期清洗难度，而且影响了氧化石墨烯气凝胶的疏水性。CN105384165B公开了一种海绵状轻质石墨烯气凝胶的制备方法，该方法通过在氧化石墨烯胶体溶液中加入发泡剂进行发泡，然后将发泡后的泡沫体系放入液氮中进行速冻定型，获得海绵状轻质石墨烯气凝胶，该方法获得的气凝胶回弹性不高，而且其疏水性不高。CN106517160B公开了一种各向同性超弹性石墨烯气凝胶的制备方法，该方法以氧化石墨烯为原料，以十二烷基硫酸钠水溶液搅拌产生的泡孔为模板，制备发泡体，然后通过还原剂还原反应形成三维网状结构，最后通过冷冻强化、加热干燥获得各向同性的石墨烯气凝胶。通过该方法获得石墨烯气凝胶具有高回弹性，但是其疏水性不高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一种疏水性石墨烯气凝胶的生产方法，能够稳定生产制备超疏水性石墨烯气凝胶。本专利技术的另一个目的在于提供一种疏水性氧化石墨烯气凝胶，具有高回弹性能，而且具有超高疏水性能。一方面，本专利技术提供一种疏水性氧化石墨烯气凝胶的生产方法，包括将氧化石墨烯气凝胶在450～1000℃下进行退火处理的步骤。根据本专利技术的生产方法，优选地，采用如下步骤制备氧化石墨烯气凝胶：(1)将氧化石墨烯加入水中分散，获得氧化石墨烯水分散液；(2)在氧化石墨烯水分散液中加入还原剂和发泡剂，搅拌获得泡沫体；(3)将泡沫体置于60～100℃下进行还原反应2～12h，然后冷却至室温，获得氧化石墨烯水凝胶；(4)将氧化石墨烯水凝胶置于-45～-10℃下冷冻处理2～24h，然后取出升温至室温，再在常压下和30～85℃干燥，获得氧化石墨烯气凝胶。根据本专利技术的生产方法，优选地，步骤(1)中，所述氧化石墨烯的片径为2～50μm，片层厚度为1～30nm。根据本专利技术的生产方法，优选地，步骤(1)中，所述氧化石墨烯水分散液的氧化石墨烯浓度为3～7mg/ml。根据本专利技术的生产方法，优选地，步骤(1)中，所述氧化石墨烯中氧碳摩尔比为0.15～0.65。根据本专利技术的生产方法，优选地，步骤(2)中，氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:2～5。根据本专利技术的生产方法，优选地，步骤(2)中，所述还原剂选自抗坏血酸、乙二胺、四硼酸钠、草酸与碘化钾复配混合物、氢碘酸中的一种或多种；所述发泡剂选自浓度为20～80mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液。根据本专利技术的生产方法，优选地，步骤(2)中，搅拌速率为10000～50000rpm，搅拌时间为1～10min。根据本专利技术的生产方法，优选地，步骤(4)中，冷冻处理之前将氧化石墨烯水凝胶用乙醇含量为1～10vol％的乙醇水溶液浸泡洗涤12～48h。另一方面，本专利技术提供上述生产方法获得的疏水性氧化石墨烯气凝胶。本专利技术通过高温退火处理，消除了制备过程中引入的亲水基团，提高了其疏水性能。本专利技术的疏水性氧化石墨烯气凝胶在吸附处理污水中的石油、有机溶剂等领域具有巨大的应用前景。相比较于不发泡制备的石墨烯气凝胶，本专利技术发泡制备的氧化石墨烯气凝胶的气孔各项同性，使石墨烯在各个方向上都具有相同的压缩回弹性。附图说明图1为实施例2的疏水性氧化石墨烯气凝胶样品施加一定压力形变约50％的照片。图2为实施例2的疏水性氧化石墨烯气凝胶撤去压力后形变恢复的照片。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本专利技术的疏水性氧化石墨烯气凝胶的生产方法包括氧化石墨烯气凝胶的制备步骤和退火处理步骤。下面进行详细描述。＜退火处理步骤＞退火处理为将材料缓慢加热到一定温度，保持一定时间，然后以一定速度冷却的一种热处理工艺。尚未有报道将高温退火处理应用于石墨烯气凝胶的生产。本专利技术的疏水性氧化石墨烯气凝胶的制备方法包括将氧化石墨烯气凝胶在450～1000℃下进行退火处理的步骤。通过高温退火处理，使氧化石墨烯气凝胶产生特殊的分子排布，消除氧化石墨烯气凝胶内部亲水基团，从而增加氧化石墨烯气凝胶的疏水性。优选地，在500～1000℃下进行退火处理。更优选地，在600～800℃下进行退火处理。根据本专利技术的某些实施方式，以10～20℃/min的加热速率加热至450～1000℃，保持0.5～5h；再以10～20℃/min的降温速率降温。优选地，以12～18℃/min的加热速率加热至450～1000℃，保持1～3h，再以12～18℃/min的降温速率降温。更优选地，以13～15℃/min的加热速率加热至450～1000℃，保持1～2h，再以13～15℃/min的降温速率降温。采用上述退火处理工艺，可以大大提高氧化石墨烯气凝胶的疏水性，而且不影响氧化石墨烯气凝胶的吸附性能和回弹性。本专利技术的生产方法主要适用于化学还原工艺制备的氧化石墨烯气凝胶，制备过程中经常需要引入还原剂、交联剂、表面活性剂及发泡剂等，这就造成制备获得的氧化石墨烯气凝胶内部含有很多亲水基团，这些亲水基团降低了氧化石墨烯气凝胶的疏水性。通过本专利技术的生产方法可以将引入的亲水基团通过化学反应消除，而且可以使氧化石墨烯气凝胶分子重新排布形成特殊分子排布结构，进一步提高氧化石墨烯气凝胶的疏水性能。＜氧化石墨烯气凝胶的制备步骤＞氧化石墨烯气凝胶的制备包括：(1)制备氧化石墨烯水分散液的步骤；(2)制备泡沫体的步骤；(3)制备氧化石墨烯水凝胶的步骤；(4)常压干燥步骤。在步骤(1)中，将氧化石墨烯加入水中分散，获得氧化石墨烯水分散液。本专利技术的氧化石墨烯也包括氧化石墨。为了使氧化石墨烯更充分地在水中分散，可以用超声分散处理。氧化石墨烯的片径可以为2～50μm，片层厚度可以为1～30nm；优选地，氧化石墨烯的片径为2～45μm，片层厚度为1～20nm；更优选地，氧化石墨烯的片径为20～45μm，片层厚度为1～10nm。采用上述片径结构的氧化石墨烯，可以使制备获得的氧化石墨烯气凝胶具有更好的回弹性和疏水性。氧化石墨烯水分散液的氧化石墨烯浓度可以为3～7mg/ml；优选地，氧化石墨烯浓度为4～7mg/ml；更优选地，氧化石墨烯浓度为4～6mg/ml。采用上述浓度范围内的氧化石墨烯水分散液，可以形成吸附性能和回弹性能更好的氧化石墨烯气凝胶，进一步提高氧化石墨烯气凝胶的疏水性能。所述氧化石墨烯中氧碳摩尔比为0.15～0.65；优选为0.20～0.50；更优选为0.35～0.45。氧化石墨烯的纯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种疏水性氧化石墨烯气凝胶的生产方法，其特征在于，包括将氧化石墨烯气凝胶在450～1000℃下进行退火处理的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种疏水性氧化石墨烯气凝胶的生产方法，其特征在于，包括将氧化石墨烯气凝胶在450～1000℃下进行退火处理的步骤。2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，采用如下步骤制备氧化石墨烯气凝胶：(1)将氧化石墨烯加入水中分散，获得氧化石墨烯水分散液；(2)在氧化石墨烯水分散液中加入还原剂和发泡剂，搅拌获得泡沫体；(3)将泡沫体置于60～100℃下进行还原反应2～12h，然后冷却至室温，获得氧化石墨烯水凝胶；(4)将氧化石墨烯水凝胶置于-45～-10℃下冷冻处理2～24h，然后取出升温至室温，再在常压下和30～85℃干燥，获得氧化石墨烯气凝胶。3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯的片径为2～50μm，片层厚度为1～30nm。4.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯水分散液的氧化石墨烯浓度为3～7mg/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：童裳慧，
申请(专利权)人：中素新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11