【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境治理，具体为一种石墨烯基多孔碳捕集材料及其制备方法。
技术介绍
1、二氧化碳占人为温室气体排放总量的72％，其浓度升高是导致全球变暖的主要因素。碳捕集与封存(ccs)技术被认为是清除大气中二氧化碳、应对全球气候变化的有效手段。对含碳燃料不同阶段的捕获主要分为三种方式:(1)燃烧前捕集，主要利用煤气化反应和水煤气转换反应，使燃料在燃烧前将碳分离出去；(2)燃烧中捕集，主要包括富氧燃烧和化学链燃烧；(3)燃烧后捕集，是将燃烧后的废气进行捕捉和分离。在这三种方式中，燃烧后捕集相对容易操作，是目前发展最为成熟的技术之一。燃烧后捕捉包括物理/化学复合吸附法，膜分离法等，其中，物理吸附法主要是利用吸附剂表面的弱范德华力或强共价键合力来选择性吸收气体。常见吸附剂有活性炭、活性炭纤维、石墨烯材料等。石墨烯吸附材料目前存在的问题主要是吸附剂选择性差、吸附容量低，因此限制了其在市场中的广泛应用。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，包括以下步骤：
2、步骤(1)以氧化石墨烯、三聚氰胺、多巴胺、乙二胺为原料，反应得到凝胶产物，凝胶产物经去离子水浸泡、热空气干燥、冷冻干燥，得到改性石墨烯气凝胶；
3、以上过程中，三聚氰胺在氧化石墨烯片的自组装过程中起到了支撑骨架的作用，促进凝胶形成，防止了三维石墨烯网络的过度堆叠，形成了具有多级孔隙率的互连多孔网络结构，多孔结构为气凝胶提供了较大的比表面积，为气凝胶提供了更
4、步骤(2)对改性石墨烯气凝胶进行高温处理，得到氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶；
5、以上过程中，在高温条件下，三聚氰胺热解在原来的位置形成新的空隙，同时，在石墨烯晶格中，与含氧基团相连的碳原子被三聚氰胺在高温下热解产生的氮化物所取代，将氮掺杂到石墨烯结构中；在高温下气凝胶中的聚多巴胺也发生碳化，形成多孔结构，进一步提升了气凝胶的孔隙率。
6、步骤(3)在氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶表面生长锌基金属有机框架，得到石墨烯气凝胶复合材料；
7、以上过程中，六水合硝酸锌中的锌作为金属节点，2-氨基对苯二甲酸为配体，三乙烯二胺作为锌基金属有机框架单体的连接，在氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶表面形成了具有超微孔的多孔的锌基金属有机框架，得到了锌基金属有机框架包覆的石墨烯气凝胶；进一步地，在金属有机框架形成过程中用甲醇进行溶剂置换，可以进一步缩小锌基金属有机框架的孔隙，使得锌基金属有机框架的孔径减小至略大于二氧化碳的动力直径，因此，可以允许二氧化碳气体的通过，将动力直径大于二氧化碳的气体(如氮气、甲烷等)排除在外。
8、步骤(4)在石墨烯气凝胶复合材料上接枝n-乙基乙二胺，得到石墨烯基多孔碳捕集材料；
9、以上过程中，以甲醇作为极性溶剂，通过极性溶剂诱导的溶剂效应，将n-乙基乙二胺接枝在石墨烯气凝胶复合材料中锌基金属有机框架的金属位点上，从而在锌基金属有机框架中引入了新的氨基官能团。
10、优选地，所述步骤(1)中，所述氧化石墨烯、三聚氰胺、多巴胺、乙二胺的质量比为(1-2):(0.25-1):(0.4-0.8):(18-45)。
11、优选地，所述步骤(1)中，所述反应条件：将氧化石墨烯与去离子水混合均匀，得到1.5-2.5g/l氧化石墨烯分散液，加入三聚氰胺，以150-300r/min的转速搅拌40-80min，再加入多巴胺，继续搅拌20-40min，加入乙二胺，在密封条件下，水浴加热至90-100℃反应2-8h，冷却至室温，得到凝胶产物。
12、优选地，所述步骤(1)中，所述凝胶产物的浸泡条件：将凝胶产物浸入去离子水中浸泡50-70min；热空气干燥条件：在40-60℃下经热空气干燥20-30h；冷冻干燥条件：在(-90)-(-70)℃下冷冻干燥20-30h。
13、优选地，所述步骤(2)中，所述高温处理条件：以4-6℃/min的升温速率加热至750-850℃，保温100-150min。
14、优选地，所述步骤(3)中，所述石墨烯气凝胶复合材料的制备方法：将氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶加入二甲基亚砜中，然后加入三乙烯二胺、2-氨基对苯二甲酸、六水合硝酸锌，超声处理40-60min，再加入n,n-二甲基甲酰胺和去离子水，在100-120℃下以30-80r/min的转速搅拌反应64-80h，冷却，离心，将离心产物经甲醇进行溶剂交换，得到石墨烯气凝胶复合材料。
15、优选地，所述步骤(3)中，所述氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶二甲基亚砜中、二甲基亚砜、三乙烯二胺、2-氨基对苯二甲酸、六水合硝酸锌、n,n-二甲基甲酰胺、去离子水的用量比为(5-10)mg:(18-36)ml:(95-200)mg:(268-536)mg:(500-1000)mg:(1.2-2.4)ml:(2.8-5.6)ml。
16、优选地，所述步骤(3)中，所述溶剂交换的方法：将离心产物在甲醇中浸泡5.5-6.5h，缓慢倾出甲醇，然后再用新鲜的甲醇浸泡，重复以上浸泡操作5-7次。
17、优选地，所述步骤(4)中，所述n-乙基乙二胺接枝条件：将n-乙基乙二胺、石墨烯气凝胶复合材料、甲醇混合，在密封条件下，加热至55-65℃，超声处理10-14h；其中，n-乙基乙二胺、石墨烯气凝胶复合材料、甲醇的用量比为(8.5-17)mg:(100-200)mg:(3.8-7.6)ml。
18、采用所述石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法制备得到的石墨烯基多孔碳捕集材料。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
20、1、本专利技术中通过锌基金属有机框架对氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶进行包覆，形成了具有不同粒径的双层多孔结构，外层锌基金属有机框架具有超微孔结构，将动力直径大于二氧化碳的气体(如氮气、甲烷等)排除在外，能够从结构上对二氧化碳进行选择性吸附；内层氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶通过三聚氰胺、多巴胺、热空气干燥处理的协同作用，提高孔隙率和比表面积，进一步增加了二氧化碳的吸附空间，从而提高二氧化碳的吸附量。
21、2、本专利技术中通过n-乙基乙二胺接枝在石墨烯气凝胶复合材料的接枝，在外层结构中增加了氨基官能团，进一步提高外层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述氧化石墨烯、三聚氰胺、多巴胺、乙二胺的质量比为(1-2):(0.25-1):(0.4-0.8):(18-45)。
3.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述反应条件：将氧化石墨烯与去离子水混合均匀，得到1.5-2.5g/L氧化石墨烯分散液，加入三聚氰胺，以150-300r/min的转速搅拌40-80min，再加入多巴胺，继续搅拌20-40min，加入乙二胺，在密封条件下，水浴加热至90-100℃反应2-8h，冷却至室温，得到凝胶产物。
4.根据权利要求3所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述凝胶产物的浸泡条件：将凝胶产物浸入去离子水中浸泡50-70min；热空气干燥条件：在40-60℃下经热空气干燥20-30h；冷冻干燥条件：在(-90)-(-70)℃下冷冻干燥20-30h。
5.根据权利
6.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述石墨烯气凝胶复合材料的制备方法：将氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶加入二甲基亚砜中，然后加入三乙烯二胺、2-氨基对苯二甲酸、六水合硝酸锌，超声处理40-60min，再加入N,N-二甲基甲酰胺和去离子水，在100-120℃下以30-80r/min的转速搅拌反应64-80h，冷却，离心，将离心产物用甲醇进行溶剂交换，得到石墨烯气凝胶复合材料。
7.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶二甲基亚砜中、二甲基亚砜、三乙烯二胺、2-氨基对苯二甲酸、六水合硝酸锌、N,N-二甲基甲酰胺、去离子水的用量比为(5-10)mg:(18-36)mL:(95-200)mg:(268-536)mg:(500-1000)mg:(1.2-2.4)mL:(2.8-5.6)mL。
8.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述溶剂交换的方法：将离心产物在甲醇中浸泡5.5-6.5h，缓慢倾出甲醇，然后再用新鲜的甲醇浸泡，重复以上浸泡操作5-7次。
9.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述N-乙基乙二胺接枝条件：将N-乙基乙二胺、石墨烯气凝胶复合材料、甲醇混合，在密封条件下，加热至55-65℃，超声处理10-14h；其中，N-乙基乙二胺、石墨烯气凝胶复合材料、甲醇的用量比为(8.5-17)mg:(100-200)mg:(3.8-7.6)mL。
10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的石墨烯基多孔碳捕集材料。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述氧化石墨烯、三聚氰胺、多巴胺、乙二胺的质量比为(1-2):(0.25-1):(0.4-0.8):(18-45)。
3.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述反应条件：将氧化石墨烯与去离子水混合均匀，得到1.5-2.5g/l氧化石墨烯分散液，加入三聚氰胺，以150-300r/min的转速搅拌40-80min，再加入多巴胺，继续搅拌20-40min，加入乙二胺，在密封条件下，水浴加热至90-100℃反应2-8h，冷却至室温，得到凝胶产物。
4.根据权利要求3所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述凝胶产物的浸泡条件：将凝胶产物浸入去离子水中浸泡50-70min；热空气干燥条件：在40-60℃下经热空气干燥20-30h；冷冻干燥条件：在(-90)-(-70)℃下冷冻干燥20-30h。
5.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述高温处理条件：以4-6℃/min的升温速率加热至750-850℃，保温100-150min。
6.根据权利要求1所述的石墨烯基多孔碳捕集材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述石墨烯气凝胶复合材料的制备方法：将氨基修饰氮掺杂碳化石墨烯气凝胶加入二甲基亚砜...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾巍巍，
申请(专利权)人：金华市禾乃规划设计咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。