CN108946709A - 一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法 - Google Patents

一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备，将氧化石墨烯溶液滴在超疏水表面的衬底上，然后将其放入烘箱干燥即可。即利用衬底的超疏水性能使得氧化石墨烯团聚成三维多褶皱结构。该三维高致密氧化石墨烯不仅能够可以快速吸附空气中的水分，而且在较高温度下可以进行快速脱附，因此可以多次稳定使用。相比于商用的除湿硅胶，该三维氧化石墨烯的吸水速率是其6倍，而脱水速率更是其7倍。该三维氧化石墨烯可以吸附自重0.65倍的水分。本发明工艺简单，成本低，实用性强，而且不会造成二次污染，具有广阔的应用前景。

Description

一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备技术，属于吸附除湿技术领域。
背景技术
在工农业生产以及科研实验中会经常用到干燥剂。传统的多孔材料干燥剂如硅胶、沸石等虽然具有不错的除湿性能，但存在孔径分布宽、低表面极/孔体积率、低亲水性以及很差的热稳定性(Microporous Mesoporous Mater.,2009,122,223；J.Therm.Anal.,1997,49,553；Acta Mater.,2012,60,89；J.Chem.Eng.Data,2002,47,1177；)，所有这些导致它们低的吸附率以及很慢的吸附脱附速率。最近金属有机框架材料得到了快速发展，而且在吸水性能上表现出了巨大的潜力，但是高额的成本限制了其大规模生产(J.Am.Chem.Soc.,2014,136,4369；Eur.J.Inorg.Chem.,2012,2012,2625)。
氧化石墨烯(graphene oxide，GO)，是石墨烯功能化的衍生物，也可以说是氧化石墨经过机械剥离得到的单层氧化石墨薄片。氧化石墨烯的结构与石墨烯类似，接近平面并呈现二维网状结构，所不同的是，氧化石墨烯表面具有多种含氧亲水基团，如C＝O，C-OOH，C-OH等(Chemical Engineering Journal,2014,257,299-308)。GO由于表面存在大量的亲水官能团，使其具有超强的亲水性。本发明将亲水性的氧化石墨烯片，通过蒸发自组装的方式，组装成具有大量褶皱和丰富纳米通道的三维超吸水氧化石墨烯。该三维氧化石墨烯利用自身的超亲水性及超强的毛细力作用(源自于纳米孔)，可以克服传统干燥剂吸附脱附速率慢的缺点，另外，由于制备过程简单环保成本又低廉，克服了金属有机框架材料的高成本问题，性能上同时还优于金属有机框架材料。
发明内容
技术问题：本发明要解决的技术问题就是能够低成本大规模的制备出具有超高吸水性的高致密多褶皱三维氧化石墨烯，该三维氧化石墨烯可以解决传统干燥剂如硅胶、沸石等低吸附率、低吸附脱附速率问题，以及解决最新的金属有机框架材料超高成本的问题。达到的技术指标是可以吸附自重0.65倍的水分，吸水速率可达0.2g/(g·min)，脱水率可达0.6g/(g·min)
技术方案：本发明的一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法为：首先将氧化石墨加入去离子水中，超声分散形成氧化石墨烯分散液，然后将分散好的氧化石墨烯分散液利用滴管逐滴滴于超疏水表面的衬底上；然后将整个衬底置于烘箱中进行烘干即得到高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯。
其中，所述超声分散形成氧化石墨烯分散液，其中，形成的氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/mL-20mg/mL。
所述的高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯吸水速率达0.2g/(g·min)，脱水率达0.6g/(g·min)。
所述的吸水率为25℃下的吸水速率；脱水速率为40℃下的脱水速率。
所述的超疏水表面的衬底包括：超疏水铜网、荷叶、聚四氟乙烯、七氟丙烯酸酯、含氟烯烃及其用低表面能物质、二甲基硅油处理过的玻璃、塑料、硅片或金属片的基底。
所述的低表面能物质为含氟丙基笼状倍半硅氧烷。
所述滴管的滴头内径为0.1mm到4mm。
有益效果：本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、吸附倍率高，可以吸附自重0.65倍的水汽；
2、吸附速率快，25℃下，可达0.2g/(g·min)；
3、脱附速率快，40℃下，可达0.6g/(g·min)；
4、三维多孔氧化石墨烯可以提供比二维更多的接触面积以及纳米孔通道；
5、制备工艺简单，成本低廉，环保，易于大规模生产。
附图说明
图1为本发明制备的三维高致密氧化石墨烯图片；
图2为本发明制备的三维氧化石墨烯的扫描电镜图，很明显具有孔状结构且含有大量的褶皱。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：
第一步，将氧化石墨加入去离子水中，超声分散形成2mg/mL的氧化石墨烯分散液；
第二步，将荷叶用超纯水和乙醇洗净后，用滴头内径为1mm的滴管将配好的氧化石墨烯分散液滴在荷叶表面；
第三步，将荷叶放入烘箱在60℃下干燥，图1为干燥后所得的三维氧化石墨烯，图2为其微观电镜表征；
第四步，将三维氧化石墨烯在80℃下处理1h，然后置于25℃，相对湿度为90％的环境中直至其吸附饱和为止，得到吸附率为0.65g/g。吸附速率达0.2g/(g·min)；
第五步，将吸附饱和的三维氧化石墨烯置于40℃下，记录重量丢失的情况，算出脱附率为0.6g/(g·min)
实施例2：
调控方法基本同实施例1，不同之处为：氧化石墨烯浓度调整为5mg/mL，所制得的三维氧化石墨烯类似于图1所示，只是在体积上有所增加，吸附脱附性能上接近实施例1；
实施例3：
调控方法基本同实施例1，不同之处为：利用的超疏水表面为聚四氟乙烯，所得三维氧化石墨烯类似于图1，图2所示，性能接近实施例1。
实施例4：
调控方法基本同实施例3，不同之处为：氧化石墨烯浓度调整为20mg/mL，所制得的三维氧化石墨烯类似于图1，体积明显变大，性能类似实施例1；
实施例5：
调控方法基本同实施例1，不同之处为：利用的超疏水表面为含氟丙基笼状倍半硅氧烷(fluoroPOSS)处理过的玻璃，滴管滴头内径为0.1mm(具体使用的为移液枪)，所得三维氧化石墨烯类似于图1，图2，但在体积上有了明显的减小，性能同实施例1；
实施例6：
调控方法基本同实施例5，不同之处为：利用的超疏水表面为二甲基硅油(polydimethysiloxane)处理过的塑料，滴管滴头内径为4mm，所得三维氧化石墨烯类似于实施例5中所制备的，只是在体积上具有明显的增加；
实施例7：
调控方法基本同实施例5，不同之处为：利用的超疏水表面为二甲基硅油(polydimethysiloxane)处理过的硅片；
实施例8：
调控方法基本同实施例5，不同之处为：利用的超疏水表面为二甲基硅油(polydimethysiloxane)处理过的金属片；
实施例9：
调控方法基本同实施例5，不同之处为：利用的超疏水表面为含氟丙基笼状倍半硅氧烷(fluoroPOSS)处理过的硅片；
实施例10：
调控方法基本同实施例9，不同之处为：利用的超疏水表面为含氟丙基笼状倍半硅氧烷(fluoroPOSS)处理过的金属片如铜。

Claims (7)

1.一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：首先将氧化石墨加入去离子水中，超声分散形成氧化石墨烯分散液，然后将分散好的氧化石墨烯分散液利用滴管逐滴滴于超疏水表面的衬底上；然后将整个衬底置于烘箱中进行烘干即得到高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述超声分散形成氧化石墨烯分散液，其中，形成的氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/mL-20mg/mL。
3.根据权利要求1所述的一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述的高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯吸水速率达0.2g/(g·min)，脱水率达0.6g/(g·min)。
4.根据权利要求3所述的一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述的吸水率为25℃下的吸水速率；脱水速率为40℃下的脱水速率。
5.根据权利要求1所述的一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述的超疏水表面的衬底包括：超疏水铜网、荷叶、聚四氟乙烯、七氟丙烯酸酯、含氟烯烃及其用低表面能物质、二甲基硅油处理过的玻璃、塑料、硅片或金属片的基底。
6.根据权利要求5所述的一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述的低表面能物质为含氟丙基笼状倍半硅氧烷。
7.根据权利要求1所述的一种高吸水性三维高致密多褶皱氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述滴管的滴头内径为0.1mm到4mm。
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