一种可调控的双亲性浒苔/石墨烯复合气凝胶及其制备方法与在油水分离中的应用技术

本发明专利技术涉及一种可调控的双亲性浒苔/石墨烯复合气凝胶及其制备方法与在油水分离中的应用，该复合气凝胶是浒苔和氧化石墨烯为原料，通过水热‑冷冻铸造方法形成的三维网络结构体。在水热处理中，浒苔与氧化石墨烯通过氢键和范德华力反应形成交联点，替代层间的π–π键，抑制石墨烯片层堆积，另外，对浒苔/石墨烯复合水凝胶进一步的预冷冻铸造，可以保持气凝胶的高孔隙率。浒苔/石墨烯复合气凝胶对油类有机液体和水溶性有机物都具有较高的吸附能力、吸附速度，并且具有吸附选择性。对不同油类的饱和吸附时间不超过10s，对油类有机液体的饱和吸附量最高可达200g/g，并且通过压缩和燃烧处理可以实现多次循环使用。

【技术实现步骤摘要】
一种可调控的双亲性浒苔/石墨烯复合气凝胶及其制备方法与在油水分离中的应用
本专利技术涉及一种可调控的双亲性浒苔/石墨烯复合气凝胶及其制备方法与在油水分离中的应用，属于化学和环境

技术介绍
随着现代工业的高速发展和石油的大量开采，海洋溢油和含油废水所引起的环境污染在世界范围内引起了极大的关注。含油污水中，油容易在水体表面形成薄油膜，妨碍空气中氧进入水体，破坏水体生态平衡；如果进入地下水系，则污染地下水源，影响居民用水和农田灌溉，其毒性也威胁着人类和生物的生存和健康。传统的吸油材料存在功能单一、吸附能力低、环境不相容等问题，已经无法满足处理复杂的油水体系的要求。石墨烯本身完美的sp2杂化碳原子组成的六边形晶格二维结构使其具备了对油类及有机溶剂超强的吸附能力、以及其亲油疏水、高比表面积等特性，使得石墨烯多孔吸附材料得到了广泛的关注。然而，石墨烯片间较强的π－π键和范德华力的作用使其容易产生不可逆的团聚和堆叠，导致石墨烯材料可利用的表面积大幅降低，机械强度和电学性能也受到很大影响。三维石墨烯的出现使石墨烯的应用得到拓展，三维网状结构使其具有巨大的比表面积，高的孔隙率，提供了大量的吸附活性位点和吸附空间，广泛应用于能量存储、环境保护、传感、电磁屏蔽和油污清理等领域。但是三维石墨烯结构体的构建只是依靠石墨烯片层间弱的静电作用、氢键或π－π键作用，难以实现三维石墨烯结构体的高力学性能，其机械强度低，脆性大，难以重复利用，因此限制了三维石墨烯材料的发展。随着对于石墨烯材料的开发，迫切需要在三维石墨烯结构上引入新型的功能组分对三维石墨烯进行改性，赋予三维石墨烯高力学性能，提高其强度，从而实现石墨烯材料的功能化应用。浒苔作为一种天然资源，含有丰富的蛋白质、多糖和维生素，常用于低成本的畜禽饲料，但目前对浒苔的利用度不够，大量的浒苔堆积发臭，不仅污染了环境，而且造成了资源的浪费。浒苔含有大量的多糖分子，是由糖单元通过糖苷键连接而成的高分子聚合物。其分子链含有丰富的含氧官能团，拥有良好的柔韧性、优异的力学性能。中国专利文献CN104056607A一种浒苔凝胶吸油材料及其制备方法，其配方组分包括浒苔提取物60～70％，膨胀石墨10～15％，硝酸铁2～4％，硝酸钴5～8％，柠檬酸8～12％，氨水2～4％。该专利技术以浒苔中提取的糖醇、脂肪酸和粗纤维为主要原料，采用溶胶-凝胶法与膨胀石墨混合，制得了一种高效环保可回收利用的凝胶吸油材料，该吸油材料为水凝胶，比表面及小，吸附量小，吸附速率慢，动态下吸油60～80min才能达到饱和，吸附时间长，饱和吸附量仅为40～60g/g，并且性能单一，只能进行吸油，无法进行油水分离。目前，大多吸油材料采用疏水改性的方法，提高其在油水分离中对油的选择性，但是这限制了其在含油废水中对水溶性有机污染物的应用。双亲性材料同时具有吸油吸水的功能，其不再局限于油类有机液体的吸附，对水中溶解性有机污染物也有较好的吸附效果；同时还可通过预润湿的方法，使其对油水混合体系中的油类污染物和水溶性有机污染物进行选择性吸附。双亲性材料在油水分离方面具有很大的应用潜力。目前还未见到直接采用浒苔制备双亲性吸油材料的报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，尤其是目前未有直接采用浒苔制备双亲性吸油材料的缺陷，本专利技术提供一种可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶及其制备方法与在油水分离中的应用。专利技术概述：本专利技术的可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶是以浒苔和氧化石墨烯为原料，将二者按一定比例混合于水热条件下反应，浒苔可与氧化石墨烯通过氢键和范德华力反应形成交联点，从而避免石墨烯片的过度堆积，反应完全后形成水凝胶；将水凝胶预冷冻，保持气凝胶的高孔隙率和更小的孔径。最后干燥，最终得到可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶，所述的复合气凝胶是以氧化石墨烯为原料，浒苔为改性材料，浒苔在水热条件下与石墨烯表面的含氧官能团发生交联和价键作用，构建三维网络结构和表面粗糙结构，再经干燥制得。根据本专利技术优选的，可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶，密度为5.2～9.8mg/cm3，水接触角最小为29°，油接触角为0°；且该材料经过10次的吸附油挤压循环后，其吸附容量的仍保持在97％以上。一种可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶的制备方法，包括步骤如下：(1)将浒苔与石墨烯置于去离子水中超声分散均匀，得到氧化石墨烯与浒苔混合分散液；(2)将氧化石墨烯与浒苔混合分散液置于温度为120-200℃的水热条件下反应6-12h，得到到浒苔/石墨烯复合水凝胶；(3)浒苔/石墨烯复合水凝胶洗涤后先预冷冻3-12h，之后干燥，得到可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，超声分散功率为200-500W，超声时间为300-900s，进一步优选的，超声时间为300-600s。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，石墨烯与浒苔的质量比为1：(0.1-3)，混合分散液中氧化石墨烯的浓度为1-4g/L。进一步优选的，步骤(1)中，石墨烯与浒苔的质量比为1：(0.5-1.5)，混合分散液中氧化石墨烯的浓度为2-3g/L。本专利技术的可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶随着浒苔掺杂量的增多，复合气凝胶的密度出现先降低后增大的趋势，水接触角随之变大，由亲水转换为疏水，在石墨烯与浒苔的质量比为1：1时，水接触角达到64°。根据本专利技术优选的，步骤(2)中，水热反应温度为160-180℃，反应时间为8-12h。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，洗涤为：将水凝胶浸没于去离子水中洗涤24h。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，预冷冻温度为-50℃～0℃。进一步优选的，步骤(3)中，预冷冻温度为-50℃～-20℃。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，干燥温度为0～20℃，干燥时间为40-60h。一种可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶的应用，用于吸附不同油及有机溶剂、分离油水混合液或油包水乳液。根据本专利技术优选的，吸附的具体方法为：将可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶置于含有油或有机溶剂的液体中，于室温条件下自然吸附1-10s。根据本专利技术优选的，油为汽油、柴油、花生油或大豆油，有机溶剂为四氯化碳、石油醚或乙醇。本专利技术优选的，分离油水混合液或油包水乳液的方法为：将可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶置于油水混合液或油包水乳液上方，先用油或水预润湿，然后将油水混合液或油包水乳液倒入可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶中实现过滤分离。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术选取具有无毒无害和价格低廉的浒苔作为改性材料，将富含多糖的浒苔引入到三维石墨烯多孔骨架中，通过与石墨烯表面的含氧官能团发生交联和价键作用，构建三维网络结构和表面的粗糙结构。同时热解后的浒苔具有相当多的多孔结构和丰富的活性基团，可以作为石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶，所述的复合气凝胶是以氧化石墨烯为原料，浒苔为改性材料，浒苔在水热条件下与石墨烯表面的含氧官能团发生交联和价键作用，构建三维网络结构和表面粗糙结构，再经干燥制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶，所述的复合气凝胶是以氧化石墨烯为原料，浒苔为改性材料，浒苔在水热条件下与石墨烯表面的含氧官能团发生交联和价键作用，构建三维网络结构和表面粗糙结构，再经干燥制得。


2.根据权利要求1所述的可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶，其特征在于，密度为5.2～9.8mg/cm3，水接触角最低为29°，油接触角为0°；且该材料经过10次的吸附油挤压循环后，其吸附容量的仍保持在97％以上。


3.一种可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶的制备方法，包括步骤如下：
(1)将浒苔与石墨烯置于去离子水中超声分散均匀，得到氧化石墨烯与浒苔混合分散液；
(2)将氧化石墨烯与浒苔混合分散液置于温度为120-200℃的水热条件下反应6-12h，得到到浒苔/石墨烯复合水凝胶；
(3)浒苔/石墨烯复合水凝胶洗涤后先预冷冻3-12h，之后干燥，得到可调控双亲性的浒苔/石墨烯复合气凝胶。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，超声分散功率为200-500W，超声时间为300-900s，进一步优选的，超声时间为300-600s。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，石墨烯与浒苔的质量比为1：(0....

【专利技术属性】
技术研发人员：高悦，姬开迪，岳钦艳，高宝玉，蔡振山，陈煜辉，
申请(专利权)人：山东大学，深圳市长隆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37