一种碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸的制备方法与应用技术

本发明专利技术属于特种纸制备技术领域。具体公开了一种碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸的制备方法与应用。该方法经过氧化石墨烯/纤维素絮聚体的制备、碳纤维的分散、碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸的制备以及复合纸中氧化石墨烯的电化学还原得到碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸。与其他喷涂、表面涂布以及树脂固化相比，本发明专利技术所得复合纸的碳纤维和氧化石墨烯的含量更高、结合力更强在纸张表面分布的更加均匀。并且具有方法简单，成本和能耗较低等优点，在碳纤维特种纸以及石墨烯特种纸的制备中具有较好的应用前景，还可用作环境污染物和生物分子的电化学传感。物和生物分子的电化学传感。物和生物分子的电化学传感。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸的制备方法与应用


[0001]本专利技术属于特种纸制备
，具体涉及一种碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素特种纸的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]碳纤维纸是一种以短切碳纤维为原料的特种纸。由于其含有大量的碳纤维，因此具有碳纤维的高导电性，导热性以及很高的物理强度。碳纤维纸常用于导电和导热方面。但由于碳纤维质量轻且几乎不含有任何官能团，因此采用普通的湿法抄纸技术很难使碳纤维在水中分散并均匀的在网上形成纸页。传统的碳纤维纸制备工艺为浸泡树脂并碳化的方式来制备，这种制备方法成本较高且工艺复杂，很难进行规模化的工业化生产。
[0003]石墨烯是一种二维结构的碳材料，经研究发现石墨烯具有比表面积大、电子传输速度快、导热性好、优异的催化性能等优点，引起了科学界极大的兴趣。但由于石墨烯含有较少的官能团，其在水中的分散较为困难，因此很难和其他材料进行均匀的复合。而氧化石墨烯是含有较多含氧官能团的石墨烯衍生物，能够很好的在水中进行分散，被广泛的应用于石墨烯复合材料的制备。
[0004]基于碳纤维的高导电性和石墨烯的高比表面积以及催化能力，利用一定的方法将碳纤维与石墨烯复合，制备具有碳纤维和石墨烯双重特性的特种纸具有非常大的潜在应用价值。然而碳纤维较差的结合力，以及氧化石墨烯在复合纸中的还原工艺复杂，使复合纸的规模化制备面临着许多困难。因此，我们提出以纤维素为基体使氧化石墨烯均匀的组装在其表面作为絮聚体，再将絮聚体加入碳纤维中来改善碳纤维的分散性。从而可以利用现有湿法造纸工艺实现规模化生产。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素特种纸的制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素特种纸。
[0007]本专利技术的再一目的是提供一种上述碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素特种纸的应用。
[0008]一种碳纤维/氧化石墨烯/还原纤维素特种纸的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)氧化石墨烯/纤维素絮聚体的制备：
[0010]将氧化石墨烯分散液加入纤维素纸浆中混合均匀得到混合溶液，再加入结合剂并持续搅拌直到混合溶液变澄清为止，得到氧化石墨烯包裹在纤维素表面的絮聚体；
[0011](2)碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸的制备：
[0012]将碳纤维分散液与步骤(1)中的絮聚体混合均匀，得到碳纤维与氧化石墨烯/纤维素分散均匀的混合浆料；对其进行抄片得到碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸，再经电化
学还原得到碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸。
[0013]优选的，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的浓度为1
‑
15g/L，优选为1
‑
10g/L。
[0014]优选的，步骤(1)中纤维素纸浆为漂白针叶木浆；所述纤维素纸浆的浓度为0.05～0.3wt％，优选为0.1wt％。
[0015]优选的，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液与纤维素纸浆的固含量比为1：5～120，更优选为1：12。
[0016]优选的，步骤(1)中结合剂为壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、多巴胺和聚乙烯亚胺中的至少一种；所述结合剂在混合溶液中的浓度为0
‑
1wt％，不为0。
[0017]优选的，步骤(2)中所述碳纤维长度为2
‑
5mm；所述碳纤维分散液的浓度不大于1wt％。
[0018]优选的，步骤(2)中所述碳纤维与纤维素的质量比为1～5：1，更优选为1～3:1。
[0019]优选的，步骤(2)进行抄片后得到的碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸还需经过干燥，所述干燥为在20～120℃下，干燥1～600min。
[0020]优选的，步骤(2)所述电化学还原具体为将制备好的碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸一端通电，放入电解液的电解池中进行电化学还原。
[0021]更优选的，所述电解液为含氯化钠、氯化钾、硫酸钠和硫酸钾中至少一种电解质的电解液；所述电解液的浓度为0.1～6mol/L。
[0022]更优选的，所述电解池的对电极为铂片，还原电压为
‑
0.5～
‑
1.5V，电还原时间为100
‑
3000s。
[0023]本专利技术提供了一种碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸，所述碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸由上述方法制备而得，其中碳纤维含量为5％
‑
70％，还原氧化石墨烯含量为为1％
‑
20％，其他为纤维素；优选的，碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸中碳纤维含量为30％
‑
60％，纤维素含量为30～68％，还原氧化石墨烯含量为2～8％。更优选的，碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸中碳纤维含量为48％，纤维素含量为48％，还原氧化石墨烯含量为4％。
[0024]本专利技术进一步提供了一种碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸在制备环境污染物和生物分子的电化学传感中的应用。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0026](1)本专利技术利用静电作用使氧化石墨烯完全吸附在纤维素表面，避免了氧化石墨烯在造纸过程中的流失。与其他混合、喷涂和打印相比，本专利技术含有的氧化石墨烯含量更高、结合力更强在纸张中分布的更加均匀。
[0027](2)在制备碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸时，本方法将氧化石墨烯/纤维素絮聚体作为分散剂，成功的将碳纤维在水中均匀的分散制备了均匀的混合浆料。这使制备的复合纸物理结构均匀导电性能良好。
[0028](3)本专利技术制备的碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸，由于碳纤维含量能达到50％以上，且纸张性能稳定均匀，可用作环境污染物和生物分子的电化学传感。
附图说明
[0029]图1为实施例1制备的碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸。
[0030]图2为实施例1制备的碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸表面扫描电镜图。
[0031]图3为实施例2制备的碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸导电性能展示图。
[0032]图4为实施例4制备的碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸裁剪成的电化学传感器。
[0033]图5为对比例2中的碳纤维分散情况展示图。
[0034]图6为实施例3制备的碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸对环境污染物的电化学传感；其中(a)为三种酚类的区分传感，(b)为三种酚类的浓度对电化学传感信号的影响。
具体实施方式
[0035]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
[0036]实施例1
[0037]碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸的制备：
[0038](1)氧化石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维/氧化石墨烯/还原纤维素特种纸的制备方法，其特征只在于包括以下步骤：(1)氧化石墨烯/纤维素絮聚体的制备：将氧化石墨烯分散液加入纤维素纸浆中混合均匀得到混合溶液，再加入结合剂并持续搅拌直到混合溶液变澄清为止，得到氧化石墨烯包裹在纤维素表面的絮聚体；(2)碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸的制备：将碳纤维分散液与步骤(1)中的絮聚体混合均匀，得到碳纤维与氧化石墨烯/纤维素分散均匀的混合浆料；对其进行抄片得到碳纤维/氧化石墨烯/纤维素复合纸，再经电化学还原得到碳纤维/还原氧化石墨烯/纤维素复合纸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的浓度为1
‑
15g/L；所述纤维素纸浆的浓度为0.05～0.3wt％；步骤(1)所述氧化石墨烯分散液与纤维素纸浆的固含量比为1：5～120。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中结合剂为壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、多巴胺和聚乙烯亚胺中的至少一种；所述结合剂在混合溶液中的浓度为0
‑
1wt％，不为0。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)所述碳纤维分散液的浓度低于不大于1wt％；所述碳纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小慧，王成，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：