CN107601463B - 一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法 - Google Patents
一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107601463B CN107601463B CN201710711331.XA CN201710711331A CN107601463B CN 107601463 B CN107601463 B CN 107601463B CN 201710711331 A CN201710711331 A CN 201710711331A CN 107601463 B CN107601463 B CN 107601463B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase fluid
- graphene
- collecting
- preparing
- internal phase
- 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.)
- Active
Links
Images
Abstract
本发明首先配制一定浓度的石墨烯分散液作为內相流体，将含有表面活性剂的有机溶剂作为外相流体，控制一定流速使內相和外相流体通过自制玻璃毛细管微流体装置，在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成石墨烯冰球，最后过滤上述产生的石墨烯冰球，冷冻干燥即可得到石墨烯气溶胶微球。
Description
技术领域
本发明属于功能材料领域，特别涉及一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法。
背景技术
20世纪90年代以来，自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是向着微小型化与集成化逐步发展，而微流控技术在此期间应运而生，其发展潜力也尤为值得期待。微流控技术是在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割分离成离散的纳升级及以下体积的液滴的一种微纳技术。近年来，微流控技术演变出一个新的技术分支，即通过液滴微流控技术制备乳滴/微球颗粒材料。相较于传统方法，液滴微流控技术因其能够制备单分散性好，高规整度，粒径精准可控性强且制备重复性良好的微球材料而日益受到重视。
石墨烯是由单分子sp2杂化碳原子排列形成的蜂窝状六角平面晶体，因其结构稳定、比表面积大、导电性强、强度及韧性高，石墨烯已经成为了材料科学领域的一个研究热点。石墨烯气溶胶，这两年也逐渐走入科学家的视线。相比于其优异的导电性，有趣的超弹性，大比表面积，亲油防火，超高孔隙率等一系列性能，其最大的意义在于石墨烯三维结构的实现并赋予了它一系列优异的性能，实现石墨烯三维结构的搭接一直是研究的热点。因为超凡的结构和特点，石墨烯气溶胶可在生物工程、催化、吸附和电化学储能等很多领域有着极大的应用潜力。但是，目前关于小尺寸的三维石墨烯气溶胶微球的制备鲜有报道。
本发明采用微流控技术制备石墨烯微液滴，后经冷冻干燥继而组装形成三维多孔结构的石墨烯气溶胶微球。由于微流控技术可调控的特点，制备的石墨烯气溶胶微球不仅尺寸均一、形貌规整，而且通过改变微流控装置中各相的流速比可以精准地调整微球的粒径大小。该方法制备的石墨烯气溶胶微球在催化、医疗、传感、能源和环境治理等领域具有巨大应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法。该方法制备的三维多孔石墨烯气凝胶微球大小均一，形貌规整，粒径可精确调控，并且工艺简单、成本低廉、环境友好、易于大规模生产。
本发明通过以下技术方案实现：首先配制一定浓度的石墨烯分散液作为內相流体，将含有表面活性剂的有机溶剂作为外相流体，控制一定流速使內相和外相流体通过自制玻璃毛细管微流体装置，在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成石墨烯冰球，最后过滤上述产生的石墨烯冰球，冷冻干燥即可得到石墨烯气溶胶微球。
一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法，包括以下步骤：
（1）内相流体、外相流体和收集液的配制
配制内相流体：首先，采用改进的Hummers方法制得一定浓度的氧化石墨烯溶液，然后加入过量的乙二胺溶液，在80 ℃下加热回流24 h，离心分离，并用乙醇、水洗涤，60 ℃下真空干燥，即得到石墨烯粉末；将制备的0.05~3.0 g石墨烯粉末加入到100 mL水中，经功率300 W的超声波清洗器超声处理2 h，得到质量百分比浓度为0.5~30 mg/mL的石墨烯分散液，即为内相流体；
配制外相流体：将司班-80表面活性剂溶于正己烷、正庚烷、正辛醇、乙酸乙酯或甲苯中的一种，司班-80的质量百分比浓度为2.5 %，即为外相流体；
配制收集液：与外相流体的配制方法相同；
（2）分别将內相流体和外相流体注入到自制玻璃毛细管微流体装置的注射器中，分别调节内相流体流速为2 μL/min和外相流体流速为10~100 μL/min，在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成石墨烯冰球；
（3）过滤上述产生的石墨烯冰球，冷冻干燥24 h，即可得到石墨烯气溶胶微球。
本发明所述方法优先使用结构如图1所示的自制玻璃毛细管微流体装置，该装置由内径为60μm和400μm的二根毛细玻璃管和一个金属T型三通管自制而成。
本发明相对于现有技术的优势主要体现在：
（1）本发明采用微流控装置形成石墨烯微乳滴，经冷冻固化后，其球形形貌规整且尺寸均一。
（2）本发明可以方便的通过调节内、外相流体的流速进行精确调控石墨烯气溶胶微球粒径，且该石墨烯气溶胶微球具有较大的比表面积，在吸附、传感和环境治理等领域具有广阔的应用前景。
（3）本发明可快速的大量制备石墨烯气溶胶微球，工艺流程简单，易于工业化生产，具有广阔应用前景。
附图说明
图1为本发明制备石墨烯气溶胶微球的玻璃毛细管微流控装置图；
图2为实施例1中制备的石墨烯气溶胶微球的光学显微镜照片。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的解释说明，但是本发明要求保护的范围并不仅限于此。
实施例1
（1）内相流体、外相流体和收集液的配制
配制内相流体：首先，采用改进的Hummers方法制得一定浓度的氧化石墨烯溶液，然后加入过量的乙二胺溶液，在80 ℃下加热回流24 h，离心分离，并用乙醇、水洗涤，60 ℃下真空干燥，即得到石墨烯粉末；将制备的0.2 g石墨烯粉末加入到100 mL水中，经功率300W的超声波清洗器超声处理2 h，得到质量百分比浓度为20 mg/mL的石墨烯分散液，即为内相流体；
配制外相流体：将司班-80表面活性剂溶于正己烷中，司班-80的质量百分比浓度为2.5 %，即为外相流体；
配制收集液：与外相流体的配制方法相同；
（2）分别将內相流体和外相流体注入到自制玻璃毛细管微流体装置的注射器中，分别调节内相流体流速为2 μL/min和外相流体流速为10 μL/min，在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成石墨烯冰球；
（3）过滤上述产生的石墨烯冰球，冷冻干燥24 h，即可得到石墨烯气溶胶微球，平均粒径为500 μm。
实施例2
（1）内相流体、外相流体和收集液的配制
配制内相流体：首先，采用改进的Hummers方法制得一定浓度的氧化石墨烯溶液，然后加入过量的乙二胺溶液，在80 ℃下加热回流24 h，离心分离，并用乙醇、水洗涤，60 ℃下真空干燥，即得到石墨烯粉末；将制备的0.2 g石墨烯粉末加入到100 mL水中，经功率300W的超声波清洗器超声处理2 h，得到质量百分比浓度为20 mg/mL的石墨烯分散液，即为内相流体；
配制外相流体：将司班-80表面活性剂溶于正庚烷中，司班-80的质量百分比浓度为2.5 %，即为外相流体；
配制收集液：与外相流体的配制方法相同；
（2）分别将內相流体和外相流体注入到自制玻璃毛细管微流体装置的注射器中，分别调节内相流体流速为2 μL/min和外相流体流速为20 μL/min，在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成石墨烯冰球；
（3）过滤上述产生的石墨烯冰球，冷冻干燥24 h，即可得到石墨烯气溶胶微球，平均粒径为400 μm。
实施例3
（1）内相流体、外相流体和收集液的配制
配制内相流体：首先，采用改进的Hummers方法制得一定浓度的氧化石墨烯溶液，然后加入过量的乙二胺溶液，在80 ℃下加热回流24 h，离心分离，并用乙醇、水洗涤，60 ℃下真空干燥，即得到石墨烯粉末；将制备的0.05 g石墨烯粉末加入到100 mL水中，经功率300 W的超声波清洗器超声处理2 h，得到质量百分比浓度为0.5 mg/mL的石墨烯分散液，即为内相流体；
配制外相流体：将司班-80表面活性剂溶于正辛醇中，司班-80的质量百分比浓度为2.5 %，即为外相流体；
配制收集液：与外相流体的配制方法相同；
（2）分别将內相流体和外相流体注入到自制玻璃毛细管微流体装置的注射器中，分别调节内相流体流速为2 μL/min和外相流体流速为50 μL/min，在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成石墨烯冰球；
（3）过滤上述产生的石墨烯冰球，冷冻干燥24 h，即可得到石墨烯气溶胶微球，平均粒径为130 μm。
实施例4
（1）内相流体、外相流体和收集液的配制
配制内相流体：首先，采用改进的Hummers方法制得一定浓度的氧化石墨烯溶液，然后加入过量的乙二胺溶液，在80 ℃下加热回流24 h，离心分离，并用乙醇、水洗涤，60 ℃下真空干燥，即得到石墨烯粉末；将制备的0.2 g石墨烯粉末加入到100 mL水中，经功率300W的超声波清洗器超声处理2 h，得到质量百分比浓度为20 mg/mL的石墨烯分散液，即为内相流体；
配制外相流体：将司班-80表面活性剂溶于乙酸乙酯中，司班-80的质量百分比浓度为2.5 %，即为外相流体；
配制收集液：与外相流体的配制方法相同；
（2）分别将內相流体和外相流体注入到自制玻璃毛细管微流体装置的注射器中，分别调节内相流体流速为2 μL/min和外相流体流速为100 μL/min，在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成石墨烯冰球；
（3）过滤上述产生的石墨烯冰球，冷冻干燥24 h，即可得到石墨烯气溶胶微球，平均粒径为90 μm。
实施例5
（1）内相流体、外相流体和收集液的配制
配制内相流体：首先，采用改进的Hummers方法制得一定浓度的氧化石墨烯溶液，然后加入过量的乙二胺溶液，在80 ℃下加热回流24 h，离心分离，并用乙醇、水洗涤，60 ℃下真空干燥，即得到石墨烯粉末；将制备的0.3 g石墨烯粉末加入到100 mL水中，经功率300W的超声波清洗器超声处理2 h，得到质量百分比浓度为30 mg/mL的石墨烯分散液，即为内相流体；
配制外相流体：将司班-80表面活性剂溶于甲苯中，司班-80的质量百分比浓度为2.5 %，即为外相流体；
配制收集液：与外相流体的配制方法相同；
（2）分别将內相流体和外相流体注入到自制玻璃毛细管微流体装置的注射器中，分别调节内相流体流速为2 μL/min和外相流体流速为10 μL/min，在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成石墨烯冰球；
（3）过滤上述产生的石墨烯冰球，冷冻干燥24 h，即可得到石墨烯气溶胶微球，平均粒径为620 μm。
Claims (1)
1.一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法，其特征在于：按以下步骤进行，
（1）内相流体、外相流体和收集液的配制
配制内相流体：首先，采用改进的Hummers方法制得一定浓度的氧化石墨烯溶液，然后加入过量的乙二胺溶液，在80 ℃下加热回流24 h，离心分离，并用乙醇、水洗涤，60 ℃下真空干燥，即得到石墨烯粉末；将制备的0.05~3.0 g石墨烯粉末加入到100 mL水中，经功率300 W的超声波清洗器超声处理2 h，得到质量百分比浓度为0.5~30 mg/mL的石墨烯分散液，即为内相流体；
配制外相流体：将司班-80表面活性剂溶于正己烷、正庚烷、正辛醇、乙酸乙酯或甲苯中的一种，司班-80的质量百分比浓度为2.5 %，即为外相流体；
配制收集液：与外相流体的配制方法相同；
（2）分别将內相流体和外相流体注入到自制玻璃毛细管微流体装置的注射器中，分别调节内相流体流速为2 μL/min和外相流体流速为10~100 μL/min，则在收集管道中形成单分散水/油乳液，然后由置于液氮中的收集液收集并冷冻成石墨烯冰球；
（3）过滤上述产生的石墨烯冰球，冷冻干燥24 h，即可得到石墨烯气溶胶微球。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710711331.XA CN107601463B (zh) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | 一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710711331.XA CN107601463B (zh) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | 一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107601463A CN107601463A (zh) | 2018-01-19 |
| CN107601463B true CN107601463B (zh) | 2020-03-17 |
Family
ID=61065186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710711331.XA Active CN107601463B (zh) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | 一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107601463B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108607518B (zh) * | 2018-05-16 | 2020-10-09 | 济南大学 | 一种二氧化锰/氧化石墨烯基自驱动微马达制备方法 |
| CN109507008B (zh) * | 2018-10-24 | 2020-02-14 | 西安交通大学 | 一种基于声表面波液滴微流控芯片的微液滴急速固化装置 |
| CN109453145A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-03-12 | 苏州大学 | 一种可吸入性药物和/或药物载体颗粒的制备方法 |
| CN109896519B (zh) * | 2019-03-18 | 2022-06-10 | 华东理工大学 | 一种用于吸附的三维石墨烯微球快速可控制备方法 |
| CN111977641B (zh) * | 2020-09-04 | 2021-09-07 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种具有梯度孔结构的石墨烯气凝胶微球及其制备方法和应用 |
| CN113019346B (zh) * | 2021-01-26 | 2022-10-11 | 宁波诺丁汉大学 | 一种针管微流控制备的碳捕获材料及其制备方法 |
| CN112951455B (zh) * | 2021-02-25 | 2023-03-03 | 南华大学 | 一种基于石墨烯气溶胶的芯块-包壳间间隙传热改善方法 |
| CN114392730B (zh) * | 2022-01-11 | 2023-09-12 | 河南康宁特环保科技股份有限公司 | 一种高分散多级孔Ti基SCR催化剂的制备方法 |
| CN115738950A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-07 | 中国科学技术大学 | 一种基于微流控的石墨烯连续制备与组装微系统及应用 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104276565B (zh) * | 2014-07-16 | 2016-07-06 | 东华大学 | 一种超轻石墨烯弹性气凝胶的制备方法 |
| CN104495820A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-04-08 | 北京化工大学 | 一种多孔石墨烯气凝胶及其制备方法 |
| CN104617300A (zh) * | 2015-02-09 | 2015-05-13 | 天津师范大学 | 一种采用还原氧化石墨烯制备锂离子电池正负极材料的方法 |
| CN105195067B (zh) * | 2015-09-15 | 2017-12-15 | 四川大学 | 一种石墨烯气凝胶微球及其制备方法和用途 |
| CN105129789B (zh) * | 2015-09-25 | 2017-09-15 | 东南大学 | 一种黑磷烯‑石墨烯复合材料空心微球的制备方法 |
| CN106497867A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-03-15 | 东南大学 | 一种基于蛋清的细胞微载体及其制备方法 |
-
2017
- 2017-08-18 CN CN201710711331.XA patent/CN107601463B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107601463A (zh) | 2018-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107601463B (zh) | 一种基于微流控技术的石墨烯气溶胶微球制备方法 | |
| Ju et al. | Bioinspired one-dimensional materials for directional liquid transport | |
| CN102191680B (zh) | 一种基于SiO2微纳米球的剪切增稠流体的制备方法 | |
| CN102241694B (zh) | 一种快速合成MOFs纳米粒子的方法 | |
| CN108607518B (zh) | 一种二氧化锰/氧化石墨烯基自驱动微马达制备方法 | |
| CN102757517B (zh) | 一种基于微流控技术制备快速响应温敏多孔微球的方法 | |
| CN102815697B (zh) | 一种氧化石墨烯微球的制备方法 | |
| CN104925778A (zh) | 碳纳米管微球及其制备方法与应用 | |
| CN101391776A (zh) | 表面具有特殊结构的多孔二氧化硅纳米球的制备方法及多孔二氧化硅纳米球 | |
| Dong et al. | Preparation of 10 μm scale monodispersed particles by jetting flow in coaxial microfluidic devices | |
| CN107602874A (zh) | 一种基于微流控技术合成金属有机骨架材料的方法 | |
| CN108298523A (zh) | 一种宽温度稳定的各向同性高弹性石墨烯基复合多孔泡沫 | |
| Zhang et al. | Separation of diatom valves and girdle bands from Coscinodiscus diatomite by settling method | |
| CN112023890B (zh) | 一种由共价有机框架衍生的纳米空心管材料及其制备方法 | |
| CN103737018A (zh) | 一种微流体技术连续快速制备纳米镍的方法 | |
| CN105861313B (zh) | 一种微生物基驱动粉体自组装粒子及其组装和应用方法 | |
| CN105692598A (zh) | 一种片层多孔氧化石墨烯的制备方法及其产品 | |
| Fu et al. | Shapeable, underwater superelastic, and highly phosphorylated nanofibrous aerogels for large-capacity and high-throughput protein separation | |
| Kim | Droplet-based microfluidics for making uniform-sized cellular spheroids in alginate beads with the regulation of encapsulated cell number | |
| WO2022120712A1 (zh) | 一种尺寸可控的气凝胶球及其制备方法和应用 | |
| CN105129765A (zh) | 一种高度有序介孔碳球及其制备方法 | |
| Ju et al. | Preparation of size-controllable monodispersed carbon@ silica core-shell microspheres and hollow silica microspheres | |
| CN111977641B (zh) | 一种具有梯度孔结构的石墨烯气凝胶微球及其制备方法和应用 | |
| CN105776180A (zh) | 一种纳米级多孔碳微球的制备方法 | |
| CN113181830A (zh) | 一种基于莱顿弗罗斯特现象快速制备超粒子的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |