CN108097209A - 一种高通量石墨烯-金属复合体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高通量石墨烯‑金属复合体及其制备方法，复合体包括金属丝，金属丝的外侧包覆有石墨烯，金属丝形成可卷曲或立体加工的三维宏观体，具有90‑95％的空隙率；高通量石墨烯‑金属复合体的制备方法，先在金属丝网表面形成致密的石墨烯层，然后制成圆柱形结构件；或者先将金属丝网制成圆柱形结构件，然后在金属丝网表面形成致密的石墨烯层；停止反应后，将石墨烯‑金属丝复合体取出；本发明石墨烯原位生长在金属丝网表面，结构牢固，使用周期延长2倍；能够吸附大量的油，宏观体积变化不明显；能够吸附废水中极微量的有机物，且再生时的气体消耗量低，成本低50‑100％；本发明的反应温度低，保证了金属丝网结构件的稳定性，且比已有沉积技术降低成本30％。

Description

一种高通量石墨烯-金属复合体及其制备方法
技术领域
本发明属于碳纳米材料技术领域，具体涉及一种高通量石墨烯-金属复合体及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种具有比表面积大，化学稳定性好，表面呈非极性的新型纳米材料，可以有效吸附气体或液体中的非极性有机物，且吸附有机物的重量可以是自身重量的10-100倍，显示出比传统活性炭材料更加好的性能。另外，也可以基于极性与非极性的原理，吸附水中的非极性有机物，比如用碳纳米管吸附水中汽油，柴油或苯酚等。
但是，石墨烯中吸附大量有机物，并不适用于低浓度有机物的废水与废气。有报道将石墨烯成型，形成颗粒，以加强在废水与废气中的稳定性，一方面使其能够吸附有机物，另一方面又不至于被大量流动的液体或气体带走，造成巨大的经济损失。然而颗粒状吸附剂在吸附有机物时，由于毛细作用力，也吸附了大量的水，使得脱附时需要消耗大量的能源将吸附的水也蒸发。变得非常耗时与耗能，不经济，同时处理量不能满足大流量废水或废液的处理要求。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高通量石墨烯-金属复合体及其制备方法，石墨烯结构牢固，不易跑损；能满足大流量废水或废液的处理要求。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高通量石墨烯-金属复合体，包括金属丝，金属丝的外侧包覆有石墨烯，金属丝形成可卷曲或立体加工的三维宏观体，具有90-95％的空隙率。
所述的金属丝被石墨烯完全覆盖，在25-100℃的弱酸性、弱碱性溶液或含盐溶液中，或在100-250℃的水蒸汽环境中，金属丝不会被腐蚀。
所述的高通量石墨烯-复合体中石墨烯的层数为1-10层。
一种高通量石墨烯-金属复合体的制备方法，包括如下步骤：
将金属丝网放置在反应器中，在一定温度与压力下，通入含碳工艺气体反应，含碳工艺气体被裂解后，在金属丝网表面形成致密的石墨烯层；停止反应后，将石墨烯-金属丝网取出，卷曲形成同轴平行的圆柱形结构件，或将金属丝网形成丝网层内部交错排列的圆柱形结构件；
或者，先将金属丝网先卷曲形成同轴平行的圆柱形结构件，或将金属丝网形成丝网层内部交错排列的圆柱形结构件；将金属丝网结构件放置在反应器中，在一定温度与压力下，通入含碳工艺气体反应，含碳工艺气体被裂解后，在金属丝网表面形成致密的石墨烯层；停止反应后，将石墨烯-金属丝复合体取出。
所述的含碳工艺气体的来源是纯净碳源，或是废水处理后的浓缩液，或是含有VOC的废气，碳源的碳原子数为1-16，种类为CO、烃、醇、醚、酮和酯中的一种或多种。
所述的金属丝网表面形成致密的石墨烯层的温度为150-450℃，压力为0.1-2MPa绝对压力，反应时间为1秒至4小时。
所述的金属丝网材质是铁、钴，镍、铜、锌、钼、铝中的一种或其合金。
所述的高通量石墨烯-复合体对废气或废水中有机物的吸附性能：在-40-100℃下吸附废气或废水中4-200ppm的完全非极性有机物或部分非极性的有机物，完全非极性有机物包括烃类，部分非极性的有机物包括芳环或杂环的酚、胺、酯或酸类；高通量石墨烯-复合体对废气或废水中有机物的脱附性能：在50-200℃下，用吸附有机物质量0.1-2倍的气体或水蒸汽进行脱附。
与已有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)石墨烯原位生长在金属丝网表面，结构牢固，不易跑损，使用周期延长2倍。
(2)空隙率90％以上宏观体，可用于吸附大量的油，宏观体积变化不明显，利于工程操作。
(3)可用于吸附废水中极微量的有机物，且再生时的气体消耗量低，成本低50-100％。
(4)本发明的反应温度低，保证了金属丝网结构件的稳定性，且比已有沉积技术降低成本30％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细描述。
实施例1
将不锈钢丝网卷绕制成一种平行同轴的圆柱形结构件(直径不限)，置于反应器中，通入含60PPm VOC(环己烷)的氮气，温度为320℃，压力为0.1MPa，反应时间为60分钟；含60PPm VOC(环己烷)的氮气被裂解后，在不锈钢丝网表面生成石墨烯，石墨烯层数为10层，将不锈钢丝网完全覆盖，空隙率为95％；在100℃的水蒸汽环境中，不锈钢丝不会被腐蚀。
将该宏观体装填于容器中，可在90℃吸附150PPm的含环己烷环的有机胺的废水。吸附后，用170℃、质量为1.5倍的蒸汽，将含环己烷环的有机胺脱附。
实施例2
将铜丝网卷绕制成一种平行同轴的圆柱形结构件(直径不限)，置于反应器中，通入含20％甲烷的氢气，温度为400℃，压力为1MPa，反应时间为4小时；含20％甲烷的氢气被裂解后，在铜丝网表面生成石墨烯；石墨烯层数为1层，将铜丝网完全覆盖，空隙率90％；在25℃的弱酸性溶液中，铜丝不会被腐蚀。
将该宏观体装填于容器中，可在50℃吸附含30PPm甲苯的废水；吸附后，用120℃、质量为0.3倍的蒸汽，将甲苯脱附。
实施例3
将铁镍合金丝网卷绕制成一种平行同轴的圆柱形结构件(直径不限)，置于反应器中；通入含6％CO与30％异丙醇的混合气，温度为400℃，压力为0.5MPa，反应时间为2小时；混合气被裂解后，在铁镍合金丝网表面生成石墨烯，石墨烯层数为5层，将铁镍合金丝网完全覆盖，空隙率93％；在100℃的弱酸性溶液中，铁镍合金丝不会被腐蚀。
将该宏观体装填于容器中，可在20℃吸附含60PPm汽油的废水；吸附后，用200℃、质量为0.1倍的蒸汽，将汽油脱附。
实施例4
将铝锌丝网置于反应器中，通入含60％甲乙醚与40％乙醇的混合气，温度为380℃，压力为0.2MPa，反应时间为5分钟；混合气被裂解后，在铝锌网表面生成石墨烯，石墨烯层数为5层，将铝锌丝网完全覆盖；然后铝锌丝网卷绕制成一种平行同轴的圆柱形结构件(直径不限)，空隙率95％，在50℃的弱酸性溶液中，铝锌丝不会被腐蚀。
将该宏观体装填于容器中，可在0℃吸附含4PPm苯的废水；吸附后，用50℃、质量为0.1倍的氮气，将苯脱附。
实施例5
将钼丝网置于反应器中，通入含30％C14酯与70％丙三醇的混合气，温度为400℃，压力为0.4MPa，反应时间为15分钟；混合气被裂解后，在钼丝网表面生成石墨烯；石墨烯层数为3层，将钼丝网完全覆盖；然后将钼丝网卷绕制成一种平行同轴的圆柱形结构件(直径不限)，空隙率90％，在70℃的弱碱性溶液中，钼丝不会被腐蚀。
将该宏观体装填于容器中，可在-40℃吸附含100PPm邻苯二甲酸二乙酯的废水；吸附后，用150℃、质量为0.5倍的蒸汽，将邻苯二甲酸二乙酯脱附。
实施例6
将铜丝与铁丝的复合网置于反应器中，通入含60％甲醇与40％乙烯的混合气，温度为150℃，压力为0.3MPa，反应时间为1秒；混合气被裂解后，在铜丝与铁丝的复合网表面生成石墨烯；石墨烯层数为4层，将铜丝与铁丝的复合网完全覆盖；然后将复合网卷绕制成一种平行同轴的圆柱形结构件(直径不限)，空隙率90％；在250℃的水蒸汽环境中，铜丝与铁丝不会被腐蚀。
将该宏观体装填于容器中，可在-20℃吸附含120PPm苯甲酸的废水；吸附后，用140℃、质量为1.5倍的蒸汽，将苯甲酸脱附。
实施例7
将钴丝网置于反应器中，通入含200ppm C16酮的废水，温度为 450℃，压力为0.7MPa，反应时间为25分钟；C16酮被裂解后，在钴丝网表面生成石墨烯；石墨烯层数为7层，将钴丝网完全覆盖；然后将钴丝网卷绕制成一种平行同轴的圆柱形结构件(直径不限)，空隙率93％；在100℃的氯化钠溶液中，钴丝不会被腐蚀。
将该宏观体装填于容器中，可在100℃吸附含50PPm硝基苯酚的废水；吸附后，用200℃、质量为2倍的蒸汽，将硝基苯酚脱附。

Claims (8)

1.一种高通量石墨烯-金属复合体，其特征在于：包括金属丝，金属丝的外侧包覆有石墨烯，金属丝形成可卷曲或立体加工的三维宏观体，具有90-95％的空隙率。
2.根据权利要求1所述的一种高通量石墨烯-金属复合体，其特征在于：所述的金属丝被石墨烯完全覆盖，在25-100℃的弱酸性、弱碱性溶液或含盐溶液中，或在100-250℃的水蒸汽环境中，金属丝不会被腐蚀。
3.根据权利要求1所述的一种高通量石墨烯-金属复合体，其特征在于：所述的高通量石墨烯-复合体中石墨烯的层数为1-10层。
4.根据权利要求1所述的一种高通量石墨烯-金属复合体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将金属丝网放置在反应器中，在一定温度与压力下，通入含碳工艺气体反应，含碳工艺气体被裂解后，在金属丝网表面形成致密的石墨烯层；停止反应后，将石墨烯-金属丝网取出，卷曲形成同轴平行的圆柱形结构件，或将金属丝网形成丝网层内部交错排列的圆柱形结构件；
或者，先将金属丝网先卷曲形成同轴平行的圆柱形结构件，或将金属丝网形成丝网层内部交错排列的圆柱形结构件；将金属丝网结构件放置在反应器中，在一定温度与压力下，通入含碳工艺气体反应，含碳工艺气体被裂解后，在金属丝网表面形成致密的石墨烯层；
b)停止反应后，将石墨烯-金属丝复合体取出。
5.根据权利要求4所述的一种高通量石墨烯-金属复合体的制备方法，其特征在于：所述的含碳工艺气体的来源是纯净碳源，或是废水处理后的浓缩液，或是含有VOC的废气，碳源的碳原子数为1-16，种类为CO、烃、醇、醚、酮和酯中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的一种高通量石墨烯-金属复合体的制备方法，其特征在于：所述的金属丝网表面形成致密的石墨烯层的温度为150-450℃，压力为0.1-2MPa绝对压力，反应时间为1秒至4小时。
7.根据权利要求1所述的一种高通量石墨烯-金属复合体，其特征在于：所述的金属丝网材质是铁、钴，镍、铜、锌、钼、铝中的一种或其合金。
8.根据权利要求1所述的一种高通量石墨烯-金属复合体，其特征在于：所述的高通量石墨烯-复合体对废气或废水中有机物的吸附性能：在-40-100℃下吸附废气或废水中4-200ppm的完全非极性有机物或部分非极性的有机物，完全非极性有机物包括烃类，部分非极性的有机物包括芳环或杂环的酚、胺、酯或酸类；高通量石墨烯-复合体对废气或废水中有机物的脱附性能：在50-200℃下，用吸附有机物质量0.1-2倍的气体或水蒸汽进行脱附。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112517009A (zh) * 2020-11-03 2021-03-19 佛山科学技术学院 一种改性多孔铜镍合金板及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102560415A (zh) * 2012-01-20 2012-07-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 三维石墨烯/金属线或金属丝复合结构及其制备方法
CN103570009A (zh) * 2013-09-30 2014-02-12 宁波墨西科技有限公司 一种高效吸附有机物的石墨烯及其再生方法
US20150191358A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-09 Electronics And Telecommunications Research Institute METHOD OF GROWING HIGH-QUALITY SINGLE LAYER GRAPHENE BY USING Cu/Ni MULTI-LAYER METALIC CATALYST, AND GRAPHENE DEVICE USING THE SAME
US20160137507A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-19 Institute For Basic Science Large-area graphene transfer method
CN106185896A (zh) * 2016-07-04 2016-12-07 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 三维石墨烯及其复合材料的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102560415A (zh) * 2012-01-20 2012-07-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 三维石墨烯/金属线或金属丝复合结构及其制备方法
CN103570009A (zh) * 2013-09-30 2014-02-12 宁波墨西科技有限公司 一种高效吸附有机物的石墨烯及其再生方法
US20150191358A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-09 Electronics And Telecommunications Research Institute METHOD OF GROWING HIGH-QUALITY SINGLE LAYER GRAPHENE BY USING Cu/Ni MULTI-LAYER METALIC CATALYST, AND GRAPHENE DEVICE USING THE SAME
US20160137507A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-19 Institute For Basic Science Large-area graphene transfer method
CN106185896A (zh) * 2016-07-04 2016-12-07 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 三维石墨烯及其复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈鑫耀: "用于低温生长石墨烯的微波等离子体辅助化学气相沉积系统", 《湖北文理学院学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112517009A (zh) * 2020-11-03 2021-03-19 佛山科学技术学院 一种改性多孔铜镍合金板及其制备方法和应用
CN112517009B (zh) * 2020-11-03 2023-05-30 佛山科学技术学院 一种改性多孔铜镍合金板及其制备方法和应用

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