CN105129772B - 制备氨基化碳纳米管‑石墨烯气凝胶的方法 - Google Patents
制备氨基化碳纳米管‑石墨烯气凝胶的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105129772B CN105129772B CN201510598794.0A CN201510598794A CN105129772B CN 105129772 B CN105129772 B CN 105129772B CN 201510598794 A CN201510598794 A CN 201510598794A CN 105129772 B CN105129772 B CN 105129772B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- solution
- graphene oxide
- oxide solution
- ultrasound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种制备氨基化碳纳米管‑石墨烯气凝胶的方法，属于化学合成领域。具体步骤为：对一定浓度的氧化石墨溶液进行超声，得到均匀的氧化石墨烯溶液；向氧化石墨烯溶液中加入一定量的碳纳米管粉末，搅拌后继续超声；向掺碳纳米管的氧化石墨烯溶液中加入乙二胺和氨水，密封烧杯；将密封的烧杯放入95℃恒温水浴锅中加热12h制备得到水凝胶；对水凝胶进行洗涤，并冷冻干燥48h后得到氨基化碳纳米管‑石墨烯气凝胶。本发明中采用温和简便的方法得到氧化石墨烯溶液，并对石墨烯片层进行氨基基团修饰，通过化学吸附作用显著提升复合材料对气态甲醛的吸附性能。本发明方法简单，产物性能优异且易于收集，适于大规模生产。
Description
技术领域
本发明属化学合成领域，旨在发明一种简便易行、性能良好的制备氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的方法。
背景技术
现代人们平均大约有80％的时间是在室内度过，因此室内空气品质对人们的身体健康影响受到越来越多的关注。随着社会的发展，生活水平的提高，民用建筑室内装修的风格发生了变化，易于挥发甲醛气体的合成材料在室内随处可见，造成室内空气甲醛严重超标，直接危害到人们的日常生活健康。甲醛是一种具有刺激性气味的有毒气体，可通过呼吸道和皮肤进入人体。
目前对甲醛去除方法的研究中，主要有光催化法、等离子法和吸附法等。吸附法是利用多孔固体吸附剂处理气体混合物，使其中所含的一种或数种组分吸附于固体表面上，从而达到分离的目的。吸附的机理主要有物理吸附和化学吸附两种。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。由于其具有多种优异性能，近年来获得诸多关注并在超级电容、太阳能电池、污染物吸附等方面具有宽广的应用前景。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的制备方法，通过在石墨烯片层上进行氨基基团修饰得到氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶。
为实现以上目的，采用的技术方案是：
一种制备氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配置好分散均匀的氧化石墨烯溶液；
(2)氧化石墨烯GO溶液中加入碳纳米管CNTS粉末，GO与CNTS的质量比分别为1:0.5—1:4。搅拌均匀，得到均匀的碳纳米管复合氧化石墨烯溶液；
(3)向步骤(2)中所得的溶液加入乙二胺和氨水，搅拌均匀；
(4)将步骤(3)中的混合溶液密封，恒温加热；
(5)反应后将产物洗涤干净，冷冻干燥，得到气凝胶。冷冻干燥过程，将使得步骤(4)中得到的复合水凝胶结构保持原形貌。
具体说，制备方法如下：
(1)在烧杯中配置一定浓度的氧化石墨烯溶液，放入超声仪中以100Hz频率超声6h，使原氧化石墨在超声过程中分散为氧化石墨烯；
(2)向超声完毕的的氧化石墨烯溶液中加入一定量的碳纳米管粉末，GO与CNTS的质量比分别为1:0.5—1:4,搅拌均匀后继续放入超声仪中以100Hz频率超声3h，得到均匀的碳纳米管复合氧化石墨烯溶液；
(3)向步骤(2)中所得的溶液加入乙二胺和氨水，乙二胺与氨水的体积比为4:1(乙二胺、氨水都为分析纯)，搅拌均匀；(4)将步骤(3)中的混合溶液密封，放入恒温水浴锅中加热反应；恒温水浴锅的反应温度在70℃～90℃，反应时间不少于10h；
(5)反应后将产物用蒸馏水洗涤干净放入冷冻干燥机中冷冻干燥48h得到气凝胶。
本发明中，步骤(2)中所述加入的碳纳米管的量与氧化石墨的量之比从质量比0.5:1不断升高，制备得到的材料对气态甲醛的吸附性能也随之提高，当质量比为2:1时，制备得到的材料对气态甲醛的吸附性能最好，针对单位质量的GO穿透时间达到5950min；当质量比例为3:1时，材料对气态甲醛的吸附性能与之前相比有所下降。
本发明中，将氧化石墨在蒸馏水中配制成溶液，通过超声分散得到氧化石墨烯，工艺简便温和。
本发明中，在氧化石墨溶液中添加的碳纳米管为单壁碳纳米管，直径为2～3nm。
本发明中，乙二胺既作为氨基基团的氮源，又作为还原剂将氧化石墨烯还原为石墨烯。
本发明中，所述添加乙二胺(分析纯)和氨水(分析纯)的量对应于100mg氧化石墨分别为944.5mg(1060μl)和217.0mg(265μl)。
由于石墨烯片层上含有羟基、羧基、羰基等多种基团，易于与其他化学物质 发生反应从而被官能团化，且甲醛分子可与氨基基团发生反应，因此通过在石墨烯片层上进行氨基基团修饰促进其与气态甲醛的反应，增强化学吸附的效果；基于其独特的二维单元子结构所具有的高比表面积特性，将化学吸附和物理吸附相结合，尝试将石墨烯应用于甲醛气体的高效去除。由于石墨烯的纳米结构，片层之间间距为纳米级，极易在样品制备过程中发生团聚，而单壁碳纳米管(SWCNT)具有独特的结构、极高的力学性能、可调的电学性能和良好的稳定性，因此在石墨烯溶液中加入碳纳米管，以使得这种稳定的结构在石墨烯片层中起到支撑作用，在一定程度上防止石墨烯团聚，在石墨烯片层上修饰更多的氨基基团，从而达到更好的吸附效果。因此，本发明的公开的一种氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，以使得在气态甲醛的吸附过程中体现更好的性能。
本发明原理以及有益效果在于：
①本发明通过在氧化石墨烯溶液中加入碳纳米管粉末并进行超声分散，使得碳管尽量均匀分布在石墨烯片层之间，因其稳定的结构起到一定的支撑作用，从而削弱了氧化石墨烯的团聚效应，以得到更大的比表面积，且在氧化石墨烯片层上的得以嫁接更多的氨基官能团。
②本发明在碳纳米管和氧化石墨烯溶液中加入乙二胺和氨水作为还原剂并氨基官能团氮源，通过乙二胺和氧化石墨烯片层上的羟基、羧基等基团反应达到氨基基团修饰的效果，从而在实际应用中通过氨基基团和甲醛分子反应，起到对甲醛气体的化学吸附作用。
③本方法中通过加入碳纳米管和氨基官能团修饰，所制备的复合材料对气态甲醛的吸附性能有所提高，单位质量吸附量最高达到5.37mg/g，单位质量穿透时间最长达到5950min/g。
⑤本发明制备所得产物为宏观三维石墨烯气凝胶，易于使用、收集和再利用，制备方法简便温和，适于大规模生产。
附图说明
图1实施例1中所制备的氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶宏观三维光学图片
图2实施例1中所制备的氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶SEM图
图3实施例2中所制备的氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的吸附曲线
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。各个原料均为市售，其中乙二胺和氨水都的纯度为分析纯。给出了3三个实施例，氧化石墨烯GO溶液中加入碳纳米管CNTS粉末，其质量比分别为1:1、1:2、1:3。
实施例1
在烧杯中配制1mg/ml的氧化石墨(GO)溶液100ml，放入超声仪中超声分散6h得到氧化石墨烯溶液。在超声完毕的氧化石墨烯溶液中加入100mg碳纳米管，放入超声仪中继续超声分散3h使其充分均匀混合。在超声完毕的混合溶液中加入944.5mg乙二胺(即相当于1060μl，分析纯)和217.0mg氨水(即相当于265μl，分析纯)，充分搅拌后，用保鲜膜将烧杯密封放入恒温水浴锅中，温度设定为90℃，反应12h。反应结束后将烧杯中多余的水倒出，将所得产物用蒸馏水进行清洗、浸泡，交换出未反应完全的还原剂，并冷冻干燥48h得到氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶G1N1。
制备所得产物为宏观三维石墨烯气凝胶，易于使用、收集和再利用，制备方法简便温和，适于大规模生产。如图1所示。
实施例2
在烧杯中配制1mg/ml的氧化石墨(GO)溶液100ml，放入超声仪中超声分散6h得到氧化石墨烯溶液。在超声完毕的氧化石墨烯溶液中加入200mg碳纳米管，放入超声仪中继续超声分散3h使其充分均匀混合。在超声完毕的混合溶液中加入944.5mg乙二胺(即相当于1065μl，分析纯)和217.0mg氨水(即相当于265μl，分析纯)，充分搅拌后，用保鲜膜将烧杯密封放入恒温水浴锅中，温度设定为95℃，反应12h。反应结束后将烧杯中多余的水倒出，将所得产物用蒸馏水进行清洗、浸泡，交换出未反应完全的还原剂，并冷冻干燥48h得到氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶G1N2。
本实施例方法中通过加入碳纳米管和氨基官能团修饰，所制备的复合材料对气态甲醛的吸附性能有所提高，单位质量吸附量最高达到5.37mg/g。
图3中，横坐标是吸附材料对气态甲醛的单位质量穿透时间，单位为min/g，纵坐标为气态甲醛实测浓度C与稳定标线浓度C0(3.7ppm)之比。可以看出， 通过动态配气制备得到的甲醛气体浓度良好地稳定在3.7ppm左右，在放入吸附材料之后，浓度迅速下降至0ppm，并保持一段时间之后，吸附材料达到饱和，下游甲醛浓度有所上升。分析数据得到吸附材料对气态甲醛的单位质量穿透时间最长达到5950min/g。
实施例3
在烧杯中配制1mg/ml的氧化石墨(GO)溶液100ml，放入超声仪中超声分散6h得到氧化石墨烯溶液。在超声完毕的氧化石墨烯溶液中加入300mg碳纳米管，放入超声仪中继续超声分散3h使其充分均匀混合。在超声完毕的混合溶液中加入944.5mg乙二胺(即相当于1065μl，分析纯)和217.0mg氨水(即相当于265μl，分析纯)充分搅拌后，用保鲜膜将烧杯密封放入恒温水浴锅中，温度设定为95℃，反应12h。反应结束后将烧杯中多余的水倒出，将所得产物用蒸馏水进行清洗、浸泡，交换出未反应完全的还原剂，并冷冻干燥48h得到氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶G1N3。
Claims (2)
1.一种制备氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配置好分散均匀的氧化石墨烯溶液；
(2)氧化石墨烯GO溶液中加入碳纳米管CNTS粉末，GO与CNTS的质量比分别为1:0.5—1:4；搅拌均匀，得到均匀的碳纳米管复合氧化石墨烯溶液；
(3)向步骤(2)中所得的溶液加入乙二胺和氨水，搅拌均匀；
(4)将步骤(3)中的混合溶液密封，恒温加热；
(5)反应后将产物洗涤干净，冷冻干燥，得到气凝胶；冷冻干燥过程，将使得步骤(4)中得到的复合水凝胶结构保持原形貌。
2.如权利要求1所述的制备氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的方法，其特征在于，具体说，制备方法如下：
(1)在烧杯中配置一定浓度的氧化石墨烯溶液，放入超声仪中以100Hz频率超声6h，使原氧化石墨在超声过程中分散为氧化石墨烯；
(2)向超声完毕的氧化石墨烯溶液中加入一定量的碳纳米管粉末，GO与CNTS的质量比分别为1:0.5—1:4,搅拌均匀后继续放入超声仪中以100Hz频率超声3h，得到均匀的碳纳米管复合氧化石墨烯溶液；
(3)向步骤(2)中所得的溶液加入乙二胺和氨水，乙二胺与氨水的体积比为4:1搅拌均匀；(4)将步骤(3)中的混合溶液密封，放入恒温水浴锅中加热反应；恒温水浴锅的反应温度在70℃～90℃，反应时间不少于10h；
(5)反应后将产物用蒸馏水洗涤干净放入冷冻干燥机中冷冻干燥48h得到气凝胶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510598794.0A CN105129772B (zh) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 制备氨基化碳纳米管‑石墨烯气凝胶的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510598794.0A CN105129772B (zh) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 制备氨基化碳纳米管‑石墨烯气凝胶的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105129772A CN105129772A (zh) | 2015-12-09 |
| CN105129772B true CN105129772B (zh) | 2017-08-29 |
Family
ID=54715436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510598794.0A Expired - Fee Related CN105129772B (zh) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 制备氨基化碳纳米管‑石墨烯气凝胶的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105129772B (zh) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10464044B1 (en) | 2016-05-27 | 2019-11-05 | Precision Combustion, Inc. | High capacity regenerable graphene-based sorbent |
| CN106268546B (zh) * | 2016-08-08 | 2019-04-02 | 北京化工大学 | 新型环保石墨烯杂化气凝胶的制备方法 |
| CN106277172A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-01-04 | 华北电力大学 | 一种利用石墨烯片与碳纳米管三维复合物吸附水中重金属的方法 |
| CN106356555B (zh) * | 2016-11-02 | 2019-09-10 | 武汉理工大学 | 碳纳米管/导电聚合物双重修饰的硫复合正极材料的制备方法 |
| CN108178144B (zh) * | 2016-12-08 | 2021-04-13 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种碳纳米管气凝胶及其制备和应用 |
| CN106861617B (zh) * | 2017-01-25 | 2019-08-02 | 河北大学 | 一种石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法及其应用 |
| CN107265434A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-10-20 | 江苏大学 | 一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法及其应用 |
| US10994241B1 (en) | 2017-07-10 | 2021-05-04 | Precision Combustion, Inc. | Sorbent system for removing ammonia and organic compounds from a gaseous environment |
| CN107652815B (zh) * | 2017-10-24 | 2020-05-12 | 沈阳顺风新材料有限公司 | 一种吸附并去除甲醛的室内乳胶漆的制备方法 |
| CN108951278A (zh) * | 2018-07-28 | 2018-12-07 | 黄智慧 | 一种汽车滤纸用苯丙乳液的制备方法 |
| CN108912765A (zh) * | 2018-07-28 | 2018-11-30 | 邹峰 | 一种有机硅防尘涂料 |
| CN109294369A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-02-01 | 石磊 | 一种水性丙烯酸烤漆 |
| CN109449012B (zh) * | 2018-11-13 | 2020-07-28 | 江西宏柏新材料股份有限公司 | 泡沫镍负载的纳米碳材料气凝胶复合电极材料的制备方法 |
| CN109499536A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-03-22 | 山东省计量科学研究院 | 一种碳纳米材料、制备方法及废液处理装置和方法 |
| CN109971123A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-07-05 | 郭跃 | 一种环氧-氮化硼复合材料的制备方法 |
| CN111807809B (zh) * | 2019-04-10 | 2021-12-28 | 盐城工业职业技术学院 | 一种棕榈纳米纤维-石墨烯-碳纳米管复合气凝胶的制备方法 |
| CN110142022A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-08-20 | 南京工业大学 | 一种空气净化用石墨烯气凝胶的制备方法 |
| CN110127665A (zh) * | 2019-05-18 | 2019-08-16 | 黑龙江八一农垦大学 | 多壁碳纳米管/石墨烯气凝胶及其检测有机磷农药的方法 |
| CN110217779B (zh) * | 2019-06-27 | 2021-01-26 | 中素新科技有限公司 | 碳纳米管改性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 |
| CN113754985B (zh) * | 2021-09-02 | 2024-04-30 | 兖矿鲁南化工有限公司 | 一种低甲醛释放量聚甲醛及其制备方法 |
| CN114618401B (zh) * | 2022-01-20 | 2023-06-06 | 哈尔滨工业大学 | 改性复合石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 |
| CN115322409B (zh) * | 2022-08-05 | 2023-10-31 | 镇江立达纤维工业有限责任公司 | 一种具有高效吸声性能的三维石墨烯/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合材料及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102674315B (zh) * | 2012-04-25 | 2014-08-13 | 浙江大学 | 一种石墨烯-碳纳米管复合全碳超轻弹性气凝胶及其制备方法 |
| CN104107681B (zh) * | 2014-06-18 | 2016-06-29 | 同济大学 | 三维石墨烯-蛋白质复合气凝胶的制备方法 |
| CN104250005B (zh) * | 2014-09-11 | 2016-07-06 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 |
| CN104495780B (zh) * | 2014-12-30 | 2017-01-11 | 浙江碳谷上希材料科技有限公司 | 亲水性石墨烯-碳纳米管复合超轻弹性气凝胶及制备方法 |
| CN104772126A (zh) * | 2015-03-23 | 2015-07-15 | 同济大学 | 一种高效去除室内甲醛的气凝胶复合吸附剂的制备方法 |
-
2015
- 2015-09-18 CN CN201510598794.0A patent/CN105129772B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105129772A (zh) | 2015-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105129772B (zh) | 制备氨基化碳纳米管‑石墨烯气凝胶的方法 | |
| Jafari et al. | Label-free electrochemical detection of Cloxacillin antibiotic in milk samples based on molecularly imprinted polymer and graphene oxide-gold nanocomposite | |
| CN101607704B (zh) | 一种碳纳米管绵及其制备方法 | |
| CN104772126A (zh) | 一种高效去除室内甲醛的气凝胶复合吸附剂的制备方法 | |
| CN107362788A (zh) | 一种氧化石墨烯/二氧化钛‑活性炭三维复合材料及其制备方法 | |
| Cao et al. | Macroporous MnO2-based aerogel crosslinked with cellulose nanofibers for efficient ozone removal under humid condition | |
| CN107626283B (zh) | 利用多壁碳纳米管/金属有机骨架复合材料吸附水体中抗生素的方法 | |
| CN107661748A (zh) | 有机胺功能化大孔容二氧化硅co2吸附剂及其制备方法 | |
| Zhou et al. | Fabrication of g-C3N4/SiO2-Au composite nanofibers with enhanced visible photocatalytic activity | |
| CN104525109A (zh) | 多壁碳纳米管功能化石墨烯复合材料及其应用 | |
| US20130102460A1 (en) | Polyaniline-graphite nanoplatelet materials | |
| CN105709689B (zh) | 碳基功能材料及其制备方法 | |
| Dai et al. | Scalable preparation of hierarchical porous carbon from lignin for highly efficient adsorptive removal of sulfamethazine antibiotic | |
| CN108212084A (zh) | 一种可吸附甲醛的氨基化cnt/石墨烯海绵的制备方法 | |
| CN107138130A (zh) | 一种功能化石墨烯的制备方法及其在甲醛吸附中的应用 | |
| CN107185312A (zh) | 一种空气过滤网的制作方法 | |
| Wang et al. | Adsorption performance and mechanism of antibiotics from aqueous solutions on porous boron nitride–carbon nanosheets | |
| CN107162007A (zh) | 一种胺基改性二氧化硅气凝胶的制备方法 | |
| CN106000310B (zh) | 一种用于脱除no的埃洛石/炭复合吸附剂的制备方法 | |
| CN106032272B (zh) | 一种胺基增强石墨烯膜、氮掺杂石墨烯膜及其制备方法 | |
| CN110124616A (zh) | 一种改性生物炭及其改性方法和应用 | |
| JP2022546892A (ja) | タバコ製品からの煙に由来する多環芳香族炭化水素、カルボニルおよびその他の化合物を保持するための濾過材料およびフィルタ | |
| CN113106744B (zh) | 一种固相微萃取纤维涂层及应用 | |
| Feng et al. | Facile fabrication of graphene oxide-polyethylenimine composite and its application for the Cr (VI) removal | |
| CN110142022A (zh) | 一种空气净化用石墨烯气凝胶的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170829 Termination date: 20200918 |