一种自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的制备方法，本发明专利技术采用氨基封端的聚二甲基硅氧烷为原料，与氧化石墨烯共价连接，应用自发泡的方法得到疏松多孔的海绵体。本发明专利技术工艺简单，反应条件温和。所得海绵体具有较强的亲油性，可以在水中选择性吸附油类，且力学性能优异，结构稳定，可用物理压缩方法实现多次循环再生，在油水分离方面具有良好的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的制备方法


[0001]本专利技术属于材料制备和化工分离领域，具体涉及一种用自发泡方法制备的氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合海绵体的制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球工业化进程的加快，石油的生产和消耗日益增多，石油泄漏与污染的问题也日益严重。石油污染绝大部分来自人类活动，其中以船舶运输、海上油气开采，以及沿岸工业排污为主。近年来，采用吸附剂处理含油废水成为了最常用的方法之一。由于石油密度小于水，污染物一般分散于水面上，这就意味着吸附剂的密度也需小于水，并且对油类具有很高的选择性，即亲油性和疏水性。
[0003]聚二甲基硅氧烷，是一种疏水类的有机硅物料。聚二甲基硅氧烷的Si
‑
O
‑
Si主链具有无毒、不易燃、堆积密度低和柔韧性高等特性，使得聚二甲基硅氧烷成为使用最广泛的油水分离材料之一。
[0004]为了减小密度，聚二甲基硅氧烷常用来与其他材料结合制备成多孔的疏水材料。不同的制备方法决定了材料的体积和结构，进而决定了材料的物理特性和油水分离性能。氧化石墨烯是一种两亲性物质，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在。通过物理或化学方法将氧化石墨烯与聚二甲基硅氧烷结合，可以增加材料孔隙度和表面粗糙度，从而具有更高的疏水性能。目前，将氧化石墨烯与聚二甲基硅氧烷复合的材料多以物理混合为主，这不利于材料在长期重复使用过程中保持结构和性能的稳定性。另外，为得到多孔结构，常需要借助多孔性模板或额外添加造孔剂，因而操作较为复杂且难以调控。例如CN201610423960.8公开了一种石墨烯
‑
聚二甲基硅氧烷功能海绵的合成方法，其需要加入模板剂，通过调控模板的粒径尺寸和形貌，制备石墨烯
‑
聚二甲基硅氧烷功能海绵。该方法中必须额外加入模板剂才能制备得相关性能的功能海绵，虽然得到的海绵弹性优异，但压缩模量不高。
[0005]因此，如何无需加入模板剂和造孔剂，仍能制备得到氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合海绵体，且进一步提高海绵体力学性能，是本专利技术所研究的重点。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术以氨基封端的聚二甲基硅氧烷为基体，通过缩合反应与氧化石墨烯共价结合，并利用缩合剂参与反应后产生的气体副产物进行发泡，从而得到高比表面积、强疏水性、力学性能优异的海绵体。
[0007]本专利技术涉及的自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体，其中氨基封端的聚二甲基硅氧烷，分子量为1000
‑
50000Da，结构式为：
[0008][0009]本专利技术涉及的自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体，其制备方法是：
[0010](1)将氨基封端的聚二甲基硅氧烷溶于有机溶剂中，搅拌均匀，得到聚二甲基硅氧烷溶液。
[0011]步骤(1)中，有机溶剂为与聚二甲基硅氧烷有相似溶解度参数且易挥发的有机溶剂，以四氢呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)、三氯甲烷、1,4
‑
二氧六环为佳，优选为四氢呋喃。
[0012](2)在步骤(1)的聚二甲基硅氧烷溶液中加入氧化石墨烯，搅拌均匀，得混合溶液。
[0013]步骤(2)中，氧化石墨烯与聚二甲基硅氧烷的质量比为(0.1
‑
5):100，优选为(0.5
‑
2.0):100。
[0014](3)将缩合剂和戊二醛加入步骤(2)的混合溶液中，室温下搅拌均匀。
[0015]步骤(3)中缩合剂总量与聚二甲基硅氧烷的摩尔比为(4
‑
60):1，戊二醛与聚二甲基硅氧烷的质量比为(0.1
‑
2):100。缩合剂为酰化反应常用缩合剂，可选为1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺(EDC)、1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC
·
HCl)、二环己基碳二亚胺(DCC)中的一种或几种与4
‑
二甲氨基吡啶(DMAP)、N
‑
羟基琥珀酰亚胺(NHS)、1
‑
羟基苯并三唑(HOBT)中的一种或几种联用，联用时不同缩合的摩尔比为1:1。
[0016](4)将步骤(3)中的混合溶液转移到模具中固化。固化温度为20
‑
60℃，固化时间为1
‑
24h，固化后得到自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体。
[0017]本专利技术限定固化温度在20
‑
60℃，在此温度范围内可以自发泡得到孔径适宜的氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体，如果低于20℃反应，气泡不明显，如果高于60℃则导致气泡过多、孔过大，降低吸附性能。
[0018]本专利技术涉及的反应机理为：本专利技术利用戊二醛进行聚二甲基硅氧烷的聚合以延长分子链，利用缩合剂使聚二甲基硅氧烷的氨基和氧化石墨烯的羧基反应生成酰胺键，固化过程中缩合反应的副产物氨气会使得产物形成多孔的海绵体。
[0019]相比于现有技术，本专利技术技术方案的优点在于：
[0020](1)本专利技术提出利用缩合剂发泡的方法，将缩合剂应用于多孔聚合物材料的制备中，会有气体产生，本专利技术通过缩合剂用量、比例、反应温度、物料浓度等条件的控制，保证了生成的气体可以满足海绵体的多孔结构要求，无需添加模板剂或其它发泡剂，操作简单。
[0021](2)本专利技术以氨基封端的聚二甲基硅氧烷为基体，通过缩合反应与氧化石墨烯共价结合，形成共价复合物，结构稳定，反应条件温和。制备的氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体具有优异的弹性和韧性等力学性能，压缩模量可达到318.2KPa，在使用过程中可以通过简单压缩实现循环回收，且多次使用后吸附性能没有明显下降，有利于实际应用中的循环再生和使用寿命的延长。
附图说明
[0022]图1为本专利技术制备海绵体涉及的反应方程式。
[0023]图2为本专利技术实施例1制备的氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体及原料氧化石墨烯和聚二甲基硅氧烷的红外光谱图。
[0024]图3为本专利技术实施例1制备的氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的SEM图。
[0025]图4为本专利技术实施例1制备的氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的力学性能展示图。
[0026]图5为本专利技术实施例1制备的氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的循环压缩曲线。
[0027]图6为本专利技术实施例1制备的氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的水接触角。
[0028]图7为本专利技术实施例1制备的氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体对石油醚吸附
‑
解吸的剩余吸附量变化图。
具体实施方式
[0029]以下结合具体实施例对本专利技术进行进一步的阐述，下述实施例中所用的材料、试剂均可从商业途径获得。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的制备方法，其特征在于，所述海绵体的制备方式按照以下步骤进行：将氨基封端的聚二甲基硅氧烷溶于有机溶剂中，加入氧化石墨烯，搅拌均匀后加入缩合剂和戊二醛，继续搅拌均匀后将混合液转移到模具中固化，得到自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体。2.根据权利要求1所述的自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的制备方法，其特征在于，所述氨基封端的聚二甲基硅氧烷的分子量为1000
‑
50000Da，具有如下结构式：3.根据权利要求1所述的自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选为四氢呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)、三氯甲烷、1,4
‑
二氧六环中的一种。4.根据权利要求1所述的自发泡型氧化石墨烯/聚二甲基硅氧烷海绵体的制备方法，其特征在于，缩合剂选为1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺(EDC)、1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫思琦，梅金凤，李忠玉，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：