一种多孔石墨烯颗粒材料的制备方法技术

技术编号:22559001 阅读:59 留言:0更新日期:2019-11-16 01:56
本发明专利技术公开一种多孔石墨烯颗粒材料的制备方法,包括:制备氧化石墨烯/聚乙烯醇的混合水溶液,其中氧化石墨烯浓度5~15mg/mL,聚乙烯醇的浓度为5~150mg/mL;将氧化石墨烯/聚乙烯醇混合物水溶液倒入放有蜂窝板的水热容器内,进行水热还原处理,获得填充在蜂窝中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶;冷冻干燥填充在蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶,形成填充在蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇气凝胶;将石墨烯/聚乙烯醇气凝胶与蜂窝板分离,获得石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒,对石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒进行高温还原处理,得到多孔石墨烯颗粒材料。本发明专利技术的方法通过高温热处理,能够将添加的聚乙烯醇有效去除。工艺简单、生产效率高。

Preparation of porous graphene particles

The invention discloses a preparation method of porous graphene particle material, which comprises the following steps: preparing a mixed aqueous solution of graphene oxide and polyvinyl alcohol, wherein the concentration of graphene oxide is 5-15mg / ml and the concentration of polyvinyl alcohol is 5-150mg / ml; pouring the mixed aqueous solution of graphene oxide and polyvinyl alcohol into a hydrothermal container placed in a honeycomb plate for hydrothermal reduction treatment to obtain filling in the honeycomb plate The graphene / polyvinyl alcohol hydrogel was prepared by freeze drying and the graphene / polyvinyl alcohol hydrogel filled in the honeycomb panel to form graphene / polyvinyl alcohol aerogels filled in the honeycomb panel. The graphene / polyvinyl alcohol aerogel particles were obtained by separating the graphene / polyvinyl alcohol aerogels from the honeycomb plates, and the graphene / polyvinyl alcohol aerogel particles were subjected to high temperature reduction treatment. Porous graphene particle material. The method can effectively remove the added polyvinyl alcohol through high temperature heat treatment. The process is simple and the production efficiency is high.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔石墨烯颗粒材料的制备方法
本专利技术属于功能材料领域,具体涉及一种多孔石墨烯颗粒材料的制备方法。
技术介绍
多孔材料是污染物处理常用的过滤和吸附材料。由于多孔石墨烯材料具有超高的比表面积和表面活性、超大的孔隙率及疏松的表面结构,在水处理、空气净化、催化剂载体等环境净化领域具有极大的应用价值。在实际应用场景中,常常要求多孔材料为颗粒状,才能最大限度的发挥其过滤和吸附的作用。对于碳质材料来说,通常需要添加粘合剂、助剂等添加剂才能实现结构稳定的多孔颗粒材料,但添加剂会在某种程度上破坏多孔材料的结构,而且残余的添加物质也会堵塞孔隙,从而降低多孔颗粒材料的优异性能,并且多孔颗粒材料的尺寸不一致且尺寸难以控制。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述情况,本专利技术的目的是提供一种多孔石墨烯颗粒材料的制备方法。本专利技术通过高温热处理,能够将添加的聚乙烯醇有效去除,并形成密度低、比表面积高、过滤能力卓越、吸油疏水、抗菌杀菌、力学性能优异的多孔石墨烯颗粒材料。本专利技术的上述目的是利用以下技术方案实现的:一种多孔石墨烯颗粒材料的制备方法,包括以下步骤:步骤一:制备氧化石墨烯与聚乙烯醇的混合水溶液,混合水溶液中,氧化石墨烯浓度5~15mg/mL,聚乙烯醇的浓度为5~150mg/mL。具体地,包括1.1、配制5~15mg/mL的氧化石墨烯水溶液,并进行超声处理,其中所述超声处理为20~25kHz超声处理,时间5~30min。氧化石墨烯可采用由改进Hummers法制备的氧化石墨烯;1.2、然后在温度95~99℃,并搅拌的情况下,向氧化石墨烯水溶液中加入一定量的聚乙烯醇,搅拌过程中及时补充去离子水量,确保最终混合物水溶液中氧化石墨烯浓度与步骤1.1中相同,且聚乙烯醇的浓度为5~150mg/mL,可使氧化石墨烯分散均匀,最终产品比表面积大,空隙率高。其中所述搅拌为机械搅拌,转速为200~400rpm,搅拌时间2~10h,聚乙烯醇的水解度为95~99%。步骤二:氧化石墨烯/聚乙烯醇混合水溶液的水热还原处理,形成石墨烯/聚乙烯醇水凝胶,包括:将蜂窝板置于水热釜中,并将氧化石墨烯/聚乙烯醇混合物水溶液倒入水热釜内,在160~200℃下,水热反应12~24h,冷却至室温,获得填充在蜂窝中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶。通过调整蜂窝板的规格,可获得尺寸一致并且尺寸可控的石墨烯颗粒材料。蜂窝板可为铝蜂窝板、铁蜂窝板等金属材质蜂窝板,或PC、PP等塑料材质蜂窝板,但不限于以上所述类型。蜂窝板的蜂窝孔形状不限于六边形,可以为圆形、矩形及三角形。蜂窝板在水热釜中的放置方式不受限制,蜂窝方向可以是垂直的或者水平的,取决于方便性。步骤三:冷冻干燥水热还原处理后的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶,形成石墨烯/聚乙烯醇气凝胶;具地,将填充在蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶产物置于冷冻干燥设备中,干燥后形成填充在蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇气凝胶。冷冻干燥为真空冷冻干燥,温度为-50~-15℃,真空度<10Pa,时间为2~5天。步骤四:石墨烯/聚乙烯醇气凝胶的高温还原处理,包括将石墨烯/聚乙烯醇气凝胶与蜂窝板分离,获得柱状石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒,对柱状石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒进行高温还原处理,获得多孔石墨烯颗粒材料。其中所述高温还原处理包括将柱状石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒在无氧或少氧条件下升温至600~1500℃后恒温30~60min,随后自然冷却至室温。升温过程中,升温速率不高于5℃/min,在100~120℃的温度区间保温不少于30min,并在200℃下保温不少于30min。通过在升温过程中,控制升温速率不高于5℃/min,在100~120℃的温度区间保温不少于30min,并在200℃下保温不少于30min,可有效控制石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒的还原速率,避免发生剧烈还原反应而引起颗粒破裂及粉碎。与现有技术相比,本专利技术具备以下技术效果:1、本专利技术采用聚乙烯醇作为粘合剂,其水溶液粘度低,与石墨烯混合后粘度仍然很低,便于生产。此外,通过高温热处理,能够将添加的聚乙烯醇有效去除。2、本专利技术制备的多孔石墨烯颗粒材料,全部由石墨烯构成,且具有良好的结构强度,颗粒尺寸均匀可控,比表面积高、过滤能力卓越、吸油疏水、抗菌杀菌、力学性能优异,适合多种环境净化应用领域。3、本专利技术工艺方法简单、生产效率提高,可直接利用现有设备制备力学强度好、表面活性高的多孔材料。附图说明图1是实施例1中制备的多孔石墨烯颗粒材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。图2是实施例3中制备的多孔石墨烯颗粒材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。具体实施方式下面将结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述,但是本领域技术人员将会理解,下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例,仅用于说明本专利技术,而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1使用去离子水配制10mg/mL的氧化石墨烯水溶液100ml,20kHz超声处理5min。氧化石墨烯可采用由改进Hummers法制备的氧化石墨烯。在97℃油浴条件下向氧化石墨烯水溶液中加入水解度为99%的聚乙烯醇3g,机械搅拌4小时,转速为300rpm,并及时补充去离子水量。获得最终混合物水溶液100mL,其中氧化石墨烯浓度为10mg/mL,聚乙烯醇的浓度为30mg/mL。将六边形铝蜂窝板平置于水热釜的底部,将氧化石墨烯/聚乙烯醇混合物水溶液倒入水热釜内,且混合物水溶液液面与铝蜂窝板的高度一致。水热反应条件:温度为180℃,时间为24h。待水热釜冷却至室温后,获得填充在铝蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶。将填充在铝蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶产物置于冷冻干燥设备中,干燥后形成填充在铝蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇气凝胶。冷冻干燥为真空冷冻干燥,温度为-35℃,真空度<10Pa,时间为3天。将石墨烯/聚乙烯醇气凝胶与铝蜂窝板分离,获得六边形柱状石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒,并将其置入马弗炉中,在无氧或少氧条件升温至800℃后恒温60min,随后自然冷却至室温。升温过程中,升温速率为5℃/min,在100~120℃的温度区间保温30min,并在200℃下保温30min。获得产物即为多孔石墨烯颗粒材料。图1是本实施例中制备的多孔石墨烯颗粒材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。该材料对各类有机液体均具有优异的吸附能力,可吸收自身重量150倍的汽油、190倍的甲苯、183倍的乙醇及194倍的环己烷。实施例2与实施例1的区别在于混合物水溶液100mL中聚乙烯醇的浓度为20mg/mL。获得的多孔石墨烯颗粒材料对各类有机液体的吸附能力与实施例1相似,另外,测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔石墨烯颗粒材料的制备方法,包括如下步骤:/n步骤一:制备氧化石墨烯/聚乙烯醇的混合水溶液,混合水溶液中,氧化石墨烯浓度5~15mg/mL,聚乙烯醇的浓度为5~150mg/mL;/n步骤二:将氧化石墨烯/聚乙烯醇混合物水溶液倒入放置有蜂窝板的水热容器内,进行水热还原处理,获得填充在蜂窝中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶;/n步骤三:冷冻干燥填充在蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶,形成填充在蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇气凝胶;/n步骤四:将石墨烯/聚乙烯醇气凝胶与蜂窝板分离,获得石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒,随后对石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒进行高温还原处理,得到多孔石墨烯颗粒材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔石墨烯颗粒材料的制备方法,包括如下步骤:
步骤一:制备氧化石墨烯/聚乙烯醇的混合水溶液,混合水溶液中,氧化石墨烯浓度5~15mg/mL,聚乙烯醇的浓度为5~150mg/mL;
步骤二:将氧化石墨烯/聚乙烯醇混合物水溶液倒入放置有蜂窝板的水热容器内,进行水热还原处理,获得填充在蜂窝中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶;
步骤三:冷冻干燥填充在蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇水凝胶,形成填充在蜂窝板中的石墨烯/聚乙烯醇气凝胶;
步骤四:将石墨烯/聚乙烯醇气凝胶与蜂窝板分离,获得石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒,随后对石墨烯/聚乙烯醇气凝胶颗粒进行高温还原处理,得到多孔石墨烯颗粒材料。


2.按照权利要求1所述的制备方法,其中所述步骤一包括配制5~15mg/mL的氧化石墨烯水溶液,然后进行超声处理;在温度95~99℃并搅拌的情况下,向氧化石墨烯水溶液中加入聚乙烯醇,及时补充去离子水,确保氧化石墨烯/聚乙烯醇混合水溶液中氧化石墨烯浓度保持不变,且聚乙烯醇的浓度为5~150mg/mL。


3.按照权利要求2所述的制备方法,...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨程郝思嘉时双强褚海荣
申请(专利权)人:中国航发北京航空材料研究院
类型:发明
国别省市:北京;11

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