本发明专利技术公开了一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料及其制备方法和应用；该制备方法，包括：先氧化石墨烯用还原剂将其得到还原氧化石墨烯，随后以细菌纤维素为基质，使用季铵盐型阳离子醚化剂对细菌纤维素进行改性制得阳离子化细菌纤维素分散液，随后将阳离子化纤维素分散液作为分散剂与还原石墨烯复合制得阳离子化纤维素/石墨烯分散液，最后将阳离子化纤维素/石墨烯分散液与吡咯单体及氧化剂均匀混合并反应得到电化学性能优异的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。本发明专利技术实现了分散性、体系相容性以及电化学性能的统一，解决了石墨烯易于团聚的问题，制得了电化学性能优异的改性纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。
【技术实现步骤摘要】
一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于防腐涂料制备领域，特别涉及一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
超级电容器结合了传统电容器和电池之间的优势，成功地填补传统电容器和电池之间的空白，近几年来“绿色”和可再生电子产品的未来有着广阔的应用前景。细菌纤维素是由微生物分泌合成的一种的环境友好型纳米纤维素材料，它具有纳米级三维网络结构、大比表面积和足够的孔隙率可以良好的电解质吸收性能的优点，使得细菌纤维素成为一种良好的支架，用于制造结构定制的超级电容器混合纳米材料，一般需要引入导电材料来改善电子BC复合电极的转移速率。还原氧化石墨烯纳米片具有很高的比表面积，成本低，具有很高的导电性和丰富的层间结构，常被用作超级电容器电极的活性材料。但是由于石墨烯片之间相互聚集，不可避免的石墨烯纳米片的重新组装也会导致电解质离子扩散困难，在水和有机溶剂中的分散性并不理想，限制了它们的实际应用，电化学性能有待于进一步提高。改善还原氧化石墨烯分散性主要通过两种方法来实现。一种是对还原氧化石墨烯进行改性，采用酰卤、氨基和异氰酸酯等对氧化石墨烯进行共价改性，再将其还原来制备。在提高石墨烯分散性及与其他材料的相容性的同时，还能赋予石墨烯新的性能。另一种是表面活性剂改性，常见的表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等对还原氧化石墨烯表面进行修饰改性。以阳离子化纤维素水溶液作为还原氧化石墨烯纳米片的分散剂，并将其与聚吡咯复合制得阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料基本未见报道。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料及其制备方法和应用。本专利技术实现了分散性、体系相容性以及电化学性能的统一，解决了石墨烯易于团聚的问题，制得了电化学性能优异的改性纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料的制备方法，包括如下步骤：先氧化石墨烯用还原剂将其得到还原氧化石墨烯，随后以细菌纤维素为基质，使用季铵盐型阳离子醚化剂对细菌纤维素进行改性制得阳离子化细菌纤维素分散液，随后将阳离子化纤维素分散液作为分散剂与还原石墨烯复合制得阳离子化纤维素/石墨烯分散液，最后将阳离子化纤维素/石墨烯分散液与吡咯单体及氧化剂均匀混合并反应得到电化学性能优异的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。作为本专利技术的进一步改进，具体步骤为：按重量份计，0.1～0.5份经还原剂还原的氧化石墨烯加入到100份无水的有机试剂中并超声分散得到分散液A；向100份0.4％细菌纤维素溶液中滴加碱性溶液使其pH值调至9～13，向其中加入3.2～9.6份季铵盐型阳离子醚化剂后在70～90℃的反应器中反应得到分散液B；向12.5份分散液B中加入500份分散液A在室温下搅拌得到混合液C；在冰浴条件下向40份混合液C中加入0.12～0.36份吡咯单体反应1～5h后滴加0.87～2.61份氧化剂并继续冰浴条件下反应得到混合液D，将混合液D进行抽滤并冷冻干燥得到阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料；将阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料与乙炔黑和粘结剂以8:1.5:0.5溶于有机试剂中研磨使其混合均匀形成浆料涂覆在碳布上后干燥制得阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯电极材料。作为本专利技术的进一步改进，所述还原剂为硼氢化钠、水合肼、乙二胺中的一种或多种任意配比的混合物。作为本专利技术的进一步改进，所述碱性溶液为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种、两种任意配比的混合物。作为本专利技术的进一步改进，所述有机试剂是N-甲基吡咯烷酮、N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺中的一种或多种任意配比的混合物。作为本专利技术的进一步改进，所述季铵盐型阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基乙基氯化铵中的一种或两种任意配比的混合物。作为本专利技术的进一步改进，所述氧化剂为三氯化铁、过硫酸铵中的一种或两种任意配比的混合物。作为本专利技术的进一步改进，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或两种任意配比的混合物。一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料，由所述的制备方法制得。所述的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料作为超级电容器电极的活性材料的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术的制备方法由于采用季铵盐型阳离子醚化剂对细菌纤维素进行改性，使得阳离子改性细菌纤维素水溶液表面带有季铵盐亲水性基团，并将其作为分散剂和模板成功提高了还原氧化石墨烯在水溶液中的分散性，又将导电聚合物聚吡咯与阳离子化纤维素/石墨烯分散液复合从而改善复合材料的电化学性能。本专利技术产品中季铵盐基团的引入改善了还原氧化石墨烯片层结构的团聚堆叠现象，提高了还原氧化石墨烯在水溶液中的分散性与相容性，实现了分散性、体系相容性以及电化学性能的统一，解决了石墨烯易于团聚的问题，制得了电化学性能优异的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。本专利技术产品中3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵中季铵盐基团的引入改善了还原氧化石墨烯的团聚堆叠现象，提高了还原氧化石墨烯在水溶液中的分散性与相容性，实现了分散性、体系相容性以及电化学性能的统一，解决了石墨烯易于团聚的问题，制得了电化学性能优异的改性纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。本研究合成的阳离子化纤维素分散液作为还原氧化石墨烯分散的模板，不仅可以改善石墨烯的团聚现象，还可以使石墨烯在纤维素上分布更加均匀，并且，聚吡咯的引入进一步提高阳离子化纤维素/石墨烯导电复合材料的电化学性能和电容性能。由于本专利技术产品中季铵盐基团的引入改善了还原氧化石墨烯片层结构的团聚堆叠现象，提高了还原氧化石墨烯在水溶液中的分散性与相容性，实现了分散性、体系相容性以及电化学性能的统一，解决了石墨烯易于团聚的问题，因此本专利技术制得了电化学性能优异的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料作为超级电容器电极的活性材料应用时具有明显的优势。附图说明图1为不同实施例条件下制备得到的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯电极材料的GCD曲线；图2为不同实施例条件下制备得到的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯电极材料的CV曲线。图3为不同实施例条件下制备得到的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯电极材料的CV曲线；图4为实施实施例三所制备的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯电极材料在不同扫描速率下的CV曲线。具体实施方式本专利技术一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先采用Hummers法制得的氧化石墨烯用还原剂水合肼将其得到还原氧化石墨烯，随后以细菌纤维素为基质，使用季铵盐型阳离子醚化剂对细菌纤维素进行改性制得阳离子化细菌纤维素分散液，随后将阳离子化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n先氧化石墨烯用还原剂将其得到还原氧化石墨烯，随后以细菌纤维素为基质，使用季铵盐型阳离子醚化剂对细菌纤维素进行改性制得阳离子化细菌纤维素分散液，随后将阳离子化纤维素分散液作为分散剂与还原石墨烯复合制得阳离子化纤维素/石墨烯分散液，最后将阳离子化纤维素/石墨烯分散液与吡咯单体及氧化剂均匀混合并反应得到电化学性能优异的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。/n
【技术特征摘要】
1.一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
先氧化石墨烯用还原剂将其得到还原氧化石墨烯，随后以细菌纤维素为基质，使用季铵盐型阳离子醚化剂对细菌纤维素进行改性制得阳离子化细菌纤维素分散液，随后将阳离子化纤维素分散液作为分散剂与还原石墨烯复合制得阳离子化纤维素/石墨烯分散液，最后将阳离子化纤维素/石墨烯分散液与吡咯单体及氧化剂均匀混合并反应得到电化学性能优异的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
按重量份计，0.1～0.5份经还原剂还原的氧化石墨烯加入到100份无水的有机试剂中并超声分散得到分散液A；
向100份0.4％细菌纤维素溶液中滴加碱性溶液使其pH值调至9～13，向其中加入3.2～9.6份季铵盐型阳离子醚化剂后在70～90℃的反应器中反应得到分散液B；
向12.5份分散液B中加入500份分散液A在室温下搅拌得到混合液C；
在冰浴条件下向40份混合液C中加入0.12～0.36份吡咯单体反应1～5h后滴加0.87～2.61份氧化剂并继续冰浴条件下反应得到混合液D，将混合液D进行抽滤并冷冻干燥得到阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料；
将阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料与乙炔黑和粘结剂以8:1.5:0.5溶于有机试剂中研磨使其混合均匀形成...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海花，王雨，费贵强，王梦曦，孙立宇，马永宁，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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