CN110327851A - 弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110327851A
CN110327851A CN201910567171.5A CN201910567171A CN110327851A CN 110327851 A CN110327851 A CN 110327851A CN 201910567171 A CN201910567171 A CN 201910567171A CN 110327851 A CN110327851 A CN 110327851A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
preparation
graphene oxide
graphite alkene
hydrogel
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.)
Granted
Application number
CN201910567171.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110327851B (zh
Inventor
童裳慧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengkang Material Technology Co ltd
Original Assignee
Zhongsu New Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongsu New Technology Co Ltd filed Critical Zhongsu New Technology Co Ltd
Priority to CN201910567171.5A priority Critical patent/CN110327851B/zh
Publication of CN110327851A publication Critical patent/CN110327851A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110327851B publication Critical patent/CN110327851B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/0202—Separation of non-miscible liquids by ab- or adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0091—Preparation of aerogels, e.g. xerogels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28047—Gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/40—Devices for separating or removing fatty or oily substances or similar floating material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
    • B01J2220/4806—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of inorganic character
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
    • B01J2220/4812—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of organic character

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。该制备方法包括：(1)将氧化石墨烯和还原剂分散在水中，得到氧化石墨烯分散液；(2)将发泡剂与氧化石墨烯分散液混合，然后发泡得到混合液；(3)将混合液在70～90℃下反应2～12h，然后冷却至15～35℃，获得石墨烯水凝胶；(4)将石墨烯水凝胶在氨水溶液中浸泡，得到浸泡后的石墨烯水凝胶；(5)将浸泡后的石墨烯水凝胶在‑55～‑10℃下冷冻处理，然后升温至15～35℃，再在常压下干燥处理，获得弹性石墨烯气凝胶。本发明的方法可以获得较高的机械性能和吸附性能的弹性石墨烯气凝胶。

Description

弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
石墨烯气凝胶是由二维石墨烯组装形成的三维结构的气凝胶，不仅保留了石墨烯的优良特性，而且由于其三维结构中包含很多微孔、介孔及大孔结构，这些多孔结构为石墨烯气凝胶提供了极大的比表面积和高孔隙率，也降低了石墨烯气凝胶的密度。三维石墨烯气凝胶针对油类物质具有优异的吸附性能，仅通过挤压就可以实现吸附-脱附，易于回收，因此是一种有前景的吸附材料。石墨烯气凝胶制备方法主要包括冷冻干燥和超临界干燥法制备，工艺复杂，成本高，难以大规模工业化生产。
CN106517160B公开了一种各向同性超弹性石墨烯气凝胶的制备方法，该方法以氧化石墨烯为原料，以十二烷基硫酸钠水溶液搅拌产生的泡孔为模板，制备发泡体，然后通过还原剂还原反应形成三维网状结构，最后通过冷冻强化、加热干燥获得各向同性的石墨烯气凝胶。通过该方法获得石墨烯气凝胶具有高回弹性，但是其疏水性和吸附性不高。CN108439380A公开了一种超弹性、超疏水纯石墨烯气凝胶的制备方法，该方法以氧化石墨烯为前驱体，利用改变溶液pH值和温度，调控纳米片层上含氧官能团分布和石墨化结构尺寸，以冰晶为模板，直接冷冻-解冻得到具有三维网络结构的水凝胶，为了形成三维网络结构需要引入交联剂，这就增加了制备成本，而且其弹性和疏水性能不良。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种弹性石墨烯气凝胶的制备方法，该方法可以低成本制备弹性石墨烯气凝胶。
本发明的另一个目的在于提供一种弹性石墨烯气凝胶，具有均匀孔隙结构及高的孔隙率、高弹性及吸附性能。
本发明的再一个目的在于提供一种弹性石墨烯气凝胶在油水分离领域中的应用。
本发明提供一种弹性石墨烯气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯和还原剂分散在水中，获得氧化石墨烯分散液；
(2)将发泡剂与氧化石墨烯分散液混合，然后发泡得到混合液；
(3)将混合液置于70～90℃下进行还原反应2～12h，然后冷却至室温，获得石墨烯水凝胶；
(4)将石墨烯水凝胶浸入氨水溶液中浸泡，获得浸泡后的石墨烯水凝胶。
(5)将浸泡后的石墨烯水凝胶置于-55～-10℃下冷冻处理，然后取出升温至15～35℃，再在常压下干燥处理，获得弹性石墨烯气凝胶。
根据本发明的制备方法，优选地，步骤(1)中，所述氧化石墨烯的片径为5～40μm；所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯浓度为2～8mg/ml。
根据本发明的制备方法，优选地，步骤(1)中，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:2～5。
根据本发明的制备方法，优选地，步骤(1)中，所述还原剂选自抗坏血酸、乙二胺、四硼酸钠、草酸与碘化钾复配物中的一种或多种。
根据本发明的制备方法，优选地，步骤(2)中，所述发泡剂选自浓度为20～80mg/ml的C10～C20烷基苯磺酸盐水溶液。
根据本发明的制备方法，优选地，步骤(4)中，氨水溶液的浓度为10～20vol％，浸泡温度为20～90℃，浸泡时间为1～10h。
根据本发明的制备方法，优选地，步骤(4)中，在浸泡前，还包括将石墨烯水凝胶在浓度为1～20vol％的乙醇水溶液中进行浸泡洗涤的步骤。
根据本发明的制备方法，优选地，步骤(5)中，干燥处理的温度为30～85℃。
本发明还提供上述制备方法获得的弹性石墨烯气凝胶。
本发明也提供一种弹性石墨烯气凝胶在油水分离领域中的应用。
本发明通过将石墨烯气凝胶在氨水溶液中进行浸泡，一方面氨可以作为还原剂和稳固剂，增加石墨烯气凝胶的疏水性能，与石墨烯片层形成共价键加强三维石墨烯气凝胶的骨架结构，从而增强其弹性和机械强度；另一方面由于氨的冰点低，减缓石墨烯水凝胶的冻结，防止冰晶过大生长，可以使生成的石墨烯气凝胶具有均匀的空隙结构，进一步提高了其弹性。与传统制备石墨烯气凝胶相比，本发明的方法降低了能耗，从而降低了制备成本。
附图说明
图1为实施例1制备的样品施加3.4Mpa的压力前、后及产生形变约50％的照片对比图。
图2为实施例1的样品表面滴入一滴水后拍摄的图片。
图3为实施例1制备的样品进行吸油测试时拍摄的图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
＜弹性石墨烯气凝胶的制备步骤＞
本发明的弹性石墨烯气凝胶的制备步骤包括：(1)制备氧化石墨烯分散液的步骤；(2)制备混合液的步骤；(3)制备石墨烯水凝胶的步骤；(4)石墨烯水凝胶浸泡步骤和(4)冷冻及常压干燥步骤。下面进行详细描述。
步骤(1)中，将氧化石墨烯和还原剂分散在水中，获得氧化石墨烯分散液。本发明的氧化石墨烯可以采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯，但不限于改进的Hummers法制备的氧化石墨烯。液相法、机械法、电化学氧化法等方法制备的氧化石墨烯均可用于本发明的制备方法。
为了使氧化石墨烯更充分地在水中分散，可以用超声振荡进行处理8～35min，优选为10～25min，更优选为10～15min。氧化石墨烯的片径可以为5～40μm；优选地，氧化石墨烯的片径为10～35μm；更优选地，氧化石墨烯的片径为20～45μm。采用上述片径结构的氧化石墨烯，可以使制备获得的石墨烯气凝胶具有更低的密度和孔隙率，而且提高其疏水性能。氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯浓度可以为2～8mg/ml；优选地，氧化石墨烯浓度为3～7mg/ml；更优选地，氧化石墨烯浓度为4～6mg/ml。采用上述浓度范围内的氧化石墨烯分散液，可以形成吸附性能和弹性更好的石墨烯气凝胶，进一步提高石墨烯气凝胶的疏水性能。氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯与还原剂的质量比可以为1:2～5，优选为1:2～4，更优选为1:2.5～4。还原剂选自抗坏血酸、乙二胺、四硼酸钠、草酸与碘化钾复配物中的一种或多种；优选地，还原剂选自抗坏血酸、乙二胺、草酸与碘化钾复配混合物中的一种或多种；更优选地，还原剂选自抗坏血酸、乙二胺中的一种或两种混合物。采用上述氧化石墨烯与还原剂的质量比及还原剂的种类，可以促进氧化石墨烯的还原，更好的提高石墨烯气凝胶的疏水性能。
在步骤(2)中，将发泡剂与氧化石墨烯分散液混合，然后发泡得到混合液。发泡剂可以为C10～C20烷基苯磺酸盐水溶液，优选为C12～C18烷基苯磺酸盐水溶液，更优选为C12～C14烷基苯磺酸盐水溶液。采用上述发泡剂在保证不影响石墨烯气凝胶疏水性的前提下，可以使混合液发泡均匀，孔隙大小适中。根据本发明的某些实施方式，发泡剂选自C12～C14烷基苯磺酸钠盐水溶液、C12～C14烷基苯磺酸铵盐水溶液或C12～C14烷基苯磺酸乙醇铵盐水溶液中的一种或多种。根据本发明的一个具体实施方式，发泡剂为十二烷基苯磺酸钠水溶液。在步骤(2)中，C10～C20烷基苯磺酸盐水溶液中的C10～C20烷基苯磺酸盐浓度可以为20～80mg/ml，优选为30～70mg/ml，更优选为40～60mg/ml。
发泡过程可以在搅拌下进行。搅拌速率可以为10000～50000rpm，优选地，搅拌速率为10000～20000rpm，更优选地，搅拌速率为10000～15000rpm。搅拌时间可以为1～60min，优选地，搅拌时间为10～30min，更优选地，搅拌时间可以为10～20min。采用上述搅拌条件，可以更快更好进行发泡，形成的发泡体孔隙更均匀，孔隙率更高。
在步骤(3)中，将混合液进行还原反应，然后冷却至室温下，获得氧化石墨烯水凝胶。在某些实施方案中，将混合液在70～90℃下反应2～12h，然后冷却至15～35℃，获得石墨烯水凝胶。本反应温度可以70～90℃，优选为75～85℃，更优选为75～80℃。反应时间可以为2～12h，优选为4～10h，更优选为6～8h。采用上述还原条件，可以促进石墨烯水凝胶的还原，使生成的石墨烯水凝胶的疏水性能更高。
步骤(4)中，将石墨烯水凝胶在氨水溶液中浸泡，获得浸泡后的石墨烯水凝胶。氨水溶液的浓度可以为10～20vol％，优选为12～18vol％，更优选为14～15vol％。采用上述浓度范围的氨水溶液，可以更好促进石墨烯片层之间形成共价键，加强石墨烯骨架结构的机械强度，从而增大石墨烯气凝胶的弹性。此外，这样可以提高孔隙率和吸附性能。浸泡温度可以为20～90℃，优选为25～60℃，更优选为25～40℃。采用上述浸泡温度，更有利于氨进入石墨烯片层之间形成稳定的共价键。浸泡时间可以为1～10h，优选为2～8h，更优选为4～6h。采用上述浸泡时间可以控制石墨烯水凝胶的冻结，从而控制石墨烯气凝胶冰晶的生长，得到空隙更均匀的结构。
在将石墨烯水凝胶在氨水溶液中浸泡前，还可以包括将石墨烯水凝胶用乙醇水溶液浸泡洗涤的步骤。乙醇水溶液的浓度为1～20vol％；优选地，乙醇水溶液的浓度为1～10vol％；更优选地，乙醇水溶液的浓度为1～5vol％。浸泡时间不少于10h；优选地，浸泡时间为20～36h；更优选地，浸泡时间为24～36h。采用上述浸泡洗涤步骤，可以除去石墨烯水凝胶中的杂质，避免影响生成的石墨烯气凝胶的吸附性能。
根据本发明的一个实施方式，将石墨烯水凝胶用浓度为1～5vol％乙醇水溶液浸泡洗涤，然后取出置于浓度为14～15vol％氨水溶液中浸泡，浸泡时间为4～6h，获得浸泡后的石墨烯水凝胶。
步骤(5)中，将浸泡后的石墨烯水凝胶在-55～-10℃下冷冻处理，然后升温至15～35℃，再在常压下干燥处理，获得弹性石墨烯气凝胶。本发明的石墨烯水凝胶可以置于-55～-10℃下冷冻处理；优选地，置于-45～-20℃下冷冻处理；更优选地，置于-45～-35℃下冷冻处理。采用上述冷冻处理工艺，可以快速冷冻石墨烯水凝胶，而且形成的石墨烯气凝胶的吸附性能和回弹性更高。升温至15～35℃，优选为20～30℃，更优选为25～28℃将冷冻处理的凝胶融化。本发明的干燥处理温度可以为30～85℃；优选地，干燥温度为30～80℃；更优选地，干燥温度为40～70℃。采用上述干燥温度，在不影响生成的石墨烯气凝胶物理、化学性能的前提下，进一步加快干燥速率。
＜弹性石墨烯气凝胶＞
本发明的弹性石墨烯气凝胶采用上述方法制备获得，这里不再赘述。本发明的石墨烯气凝胶具有高弹性，高吸附率。石墨烯气凝胶的疏水性能优良，可以快速实现油水分离，而且通过挤压即可以实现吸附-脱附连续处理。
＜弹性石墨烯气凝胶的应用＞
本发明的弹性石墨烯气凝胶用于油水分离领域中，由于其良好的弹性、疏水性和吸附性，可实现油水分离，在油水分离领域具有巨大的应用前景。尤其针对油水中的油类物质为正己烷、十二烷、甲苯、丙酮、煤油、泵油、汽油、柴油、润滑油中的一种或多种时，吸附效果更佳。
以下描述实施例和对比例中使用的原料：
氧化石墨烯：常州第六元素材料科技股份有限公司。
以下介绍测试方法：
接触角测试：采用接触角测试仪器，将去离子水滴在样品表面，形成一滴液滴，然后测试仪拍照成像，用量角器直接测量接触角。
吸油能力测试：
(1)将实施例1～3及对比例1制备的样品轻轻放置在盛放有一定体积汽油的烧瓶中，然后取出通过充分挤压将挤压出来的油进行称量，测定其吸油量；
实施例1
(1)将900mg抗坏血酸和360mg氧化石墨烯加入60ml水中，超声振荡10min，得到氧化石墨烯分散液(氧化石墨烯浓度为6mg/ml)。
(2)将3ml浓度为50mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液加入氧化石墨烯分散液中，在10000rmp的转速下搅拌，得到混合液。
(3)将混合液在80℃下反应6h，然后自然冷却至25℃，获得石墨烯水凝胶。
(4)将石墨烯水凝胶用1vol％的乙醇水溶液浸泡洗涤24h，然后在浸泡温度为25℃下，在浓度为14vol％的氨水溶液中浸泡5h，得到浸泡后的石墨烯水凝胶。
(5)将浸泡后的石墨烯水凝胶在-45℃下冷冻处理，然后升温至25℃融化，再在常压和65℃下干燥，获得弹性石墨烯气凝胶。
实施例2
(1)将900mg抗坏血酸和240mg氧化石墨烯加入60ml水中，超声振荡10min，得到氧化石墨烯分散液(氧化石墨烯浓度为4mg/ml)。
(2)将3ml浓度为50mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液加入氧化石墨烯分散液中，在10000rmp的转速下搅拌，得到混合液。
(3)将混合液在80℃下反应6h，然后自然冷却至25℃，获得石墨烯水凝胶。
(4)将石墨烯水凝胶用1vol％的乙醇水溶液浸泡洗涤24h，然后在浸泡温度为25℃下，在浓度为14vol％的氨水溶液中浸泡5h，得到浸泡后的石墨烯水凝胶。
(5)将浸泡后的石墨烯水凝胶在-45℃下冷冻处理，然后升温至25℃融化，再在常压和65℃下干燥，获得弹性石墨烯气凝胶。
实施例3
(1)将900mg抗坏血酸和360mg氧化石墨烯加入60ml水中，超声振荡10min，得到氧化石墨烯分散液(氧化石墨烯浓度为6mg/ml)。
(2)将3ml浓度为50mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液加入氧化石墨烯分散液中，在10000rmp的转速下搅拌，得到混合液。
(3)将混合液在80℃下反应6h，然后自然冷却至25℃，获得石墨烯水凝胶。
(4)将石墨烯水凝胶用1vol％的乙醇水溶液浸泡洗涤24h，然后在浸泡温度为60℃下，在浓度为14vol％的氨水溶液中浸泡5h，得到浸泡后的石墨烯水凝胶。
(5)将浸泡后的石墨烯水凝胶在-45℃下冷冻处理，然后升温至25℃融化，再在常压和65℃下干燥，获得弹性石墨烯气凝胶。
对比例1
(1)将900mg抗坏血酸和360mg氧化石墨烯加入60ml水中，超声振荡10min，得到氧化石墨烯分散液(氧化石墨烯浓度为6mg/ml)。
(2)将3ml浓度为50mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液加入氧化石墨烯分散液中，在10000rmp的转速下搅拌，得到混合液。
(3)将混合液在80℃下反应6h，然后自然冷却至25℃，获得石墨烯水凝胶。
(4)将石墨烯水凝胶用1vol％的乙醇水溶液浸泡洗涤24h，得到洗涤后的石墨烯水凝胶。
(5)将洗涤后的石墨烯水凝胶在-45℃下冷冻处理，然后升温至25℃融化，再在常压和65℃下干燥，获得弹性石墨烯气凝胶。
图1为实施例1制备的样品施加3.4Mpa的压力前、后及产生形变约50％的照片对比图，由图可知，对实施例1制备的样品施加一定压力，使其形变约50％，撤去压力后几乎可以恢复至原来形态，通过50次上述测试，样品形态保持良好。由此可知，实施例1制备的样品具有高弹性及良好的机械性能。
图2为实施例1的样品表面滴入一滴水后拍摄的图片，由图可见，样品具有很高的疏水性。
图3为实施例1制备的样品进行吸油测试时拍摄的图片，经测试，其吸油量可达155g/g，而且循环使用后，能够保持良好的吸附能力。这说明样品具有良好的循环吸附能力，有望在油水分离领域连续使用。
将实施例1～3制备的样品及对比例制备的样品进行接触角测试，测试结果见表1。结果显示，实施例1～3制备的样品具有良好的疏水性能和更高的吸附性能。
表1
检测样品 接触角(°) 吸油量(g/g)
实施例1 142 155
实施例2 145 152
实施例3 143 150
对比例 133 102
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种弹性石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯和还原剂分散在水中，得到氧化石墨烯分散液；
(2)将发泡剂与氧化石墨烯分散液混合，然后发泡得到混合液；
(3)将混合液在70～90℃下反应2～12h，然后冷却至15～35℃，获得石墨烯水凝胶；
(4)将石墨烯水凝胶在氨水溶液中浸泡，得到浸泡后的石墨烯水凝胶；
(5)将浸泡后的石墨烯水凝胶在-55～-10℃下冷冻处理，然后升温至15～35℃，再在常压下干燥处理，获得弹性石墨烯气凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯的片径为5～40μm；所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯浓度为2～8mg/ml。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:2～5。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述还原剂选自抗坏血酸、乙二胺、四硼酸钠、草酸与碘化钾复配物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述发泡剂选自浓度为20～80mg/ml的C10～C20烷基苯磺酸盐水溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，氨水溶液的浓度为10～20vol％，浸泡温度为20～90℃，浸泡时间为1～10h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，干燥处理的温度为30～85℃。
8.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，在浸泡前，还包括将石墨烯水凝胶在浓度为1～20vol％的乙醇水溶液中进行浸泡洗涤的步骤。
9.根据权利要求1～8任一项所述的制备方法获得的弹性石墨烯气凝胶。
10.根据权利要求9所述的弹性石墨烯气凝胶在油水分离领域中的应用。
CN201910567171.5A 2019-06-27 2019-06-27 弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 Active CN110327851B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910567171.5A CN110327851B (zh) 2019-06-27 2019-06-27 弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910567171.5A CN110327851B (zh) 2019-06-27 2019-06-27 弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110327851A true CN110327851A (zh) 2019-10-15
CN110327851B CN110327851B (zh) 2021-07-27

Family

ID=68143993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910567171.5A Active CN110327851B (zh) 2019-06-27 2019-06-27 弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110327851B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113120884A (zh) * 2021-04-16 2021-07-16 北京理工大学 一种具有吸音和音频识别功能的石墨烯气凝胶及其应用
CN113600160A (zh) * 2021-08-05 2021-11-05 厦门大学 具有光催化功能的TiO2纳米线/石墨烯气凝胶的制备
CN115445565A (zh) * 2022-08-15 2022-12-09 中国石油化工股份有限公司 一种用于吸附VOCs的铜掺杂石墨烯气凝胶及其制备方法
CN115650221A (zh) * 2022-10-28 2023-01-31 航天特种材料及工艺技术研究所 一种抗氧化弹性石墨烯气凝胶及其制备方法
CN115650215A (zh) * 2022-10-27 2023-01-31 厦门伟然新碳科技有限公司 高弹性水性聚氨酯/石墨烯气凝胶的制备方法
CN116062739A (zh) * 2023-02-17 2023-05-05 广东吉美帮新材料有限公司 一种改性石墨烯气凝胶及其制备方法
CN116281976A (zh) * 2023-04-11 2023-06-23 山东国烯新材料创新中心有限公司 一种低成本制备取向石墨烯气凝胶的构筑方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012006657A1 (en) * 2010-07-14 2012-01-19 Monash University Material and applications therefor
CN106517160A (zh) * 2016-11-22 2017-03-22 青岛科技大学 一种各向同性超弹性石墨烯气凝胶的制备方法
CN106693898A (zh) * 2016-11-17 2017-05-24 上海应用技术大学 一种掺杂度可控的多孔还原氧化石墨烯吸油材料及其制备方法
CN107434248A (zh) * 2016-05-26 2017-12-05 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 石墨烯气凝胶微球及其制备方法
CN108083262A (zh) * 2018-02-01 2018-05-29 济南大学 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012006657A1 (en) * 2010-07-14 2012-01-19 Monash University Material and applications therefor
CN107434248A (zh) * 2016-05-26 2017-12-05 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 石墨烯气凝胶微球及其制备方法
CN106693898A (zh) * 2016-11-17 2017-05-24 上海应用技术大学 一种掺杂度可控的多孔还原氧化石墨烯吸油材料及其制备方法
CN106517160A (zh) * 2016-11-22 2017-03-22 青岛科技大学 一种各向同性超弹性石墨烯气凝胶的制备方法
CN108083262A (zh) * 2018-02-01 2018-05-29 济南大学 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
韩卓等: "高强度三维石墨烯气凝胶的制备", 《第十一届全国新型炭材料学术研讨会论文集》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113120884A (zh) * 2021-04-16 2021-07-16 北京理工大学 一种具有吸音和音频识别功能的石墨烯气凝胶及其应用
CN113600160A (zh) * 2021-08-05 2021-11-05 厦门大学 具有光催化功能的TiO2纳米线/石墨烯气凝胶的制备
CN115445565A (zh) * 2022-08-15 2022-12-09 中国石油化工股份有限公司 一种用于吸附VOCs的铜掺杂石墨烯气凝胶及其制备方法
CN115445565B (zh) * 2022-08-15 2023-12-01 中国石油化工股份有限公司 一种用于吸附VOCs的铜掺杂石墨烯气凝胶及其制备方法
CN115650215A (zh) * 2022-10-27 2023-01-31 厦门伟然新碳科技有限公司 高弹性水性聚氨酯/石墨烯气凝胶的制备方法
CN115650221A (zh) * 2022-10-28 2023-01-31 航天特种材料及工艺技术研究所 一种抗氧化弹性石墨烯气凝胶及其制备方法
CN115650221B (zh) * 2022-10-28 2023-11-21 航天特种材料及工艺技术研究所 一种抗氧化弹性石墨烯气凝胶及其制备方法
CN116062739A (zh) * 2023-02-17 2023-05-05 广东吉美帮新材料有限公司 一种改性石墨烯气凝胶及其制备方法
CN116281976A (zh) * 2023-04-11 2023-06-23 山东国烯新材料创新中心有限公司 一种低成本制备取向石墨烯气凝胶的构筑方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110327851B (zh) 2021-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110327851A (zh) 弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用
CN109019590B (zh) 木质素基多级孔碳材料及其制备方法
CN110156432A (zh) 碳纤维复合石墨烯气凝胶及其制备方法和应用
CN110255540A (zh) 亲油疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用
CN104045077B (zh) 一种石墨烯三维分级多孔炭材料及制备方法
CN112279235B (zh) 一种金属掺杂的三维框架结构分级多孔生物炭及其制备方法
CN107369563B (zh) 一种硫化镍颗粒/纤维素基复合碳气凝胶材料的制备方法
CN105251459A (zh) 一种高吸油石墨烯复合材料的制备方法
CN107827107A (zh) 一种木棉基中空多孔炭微管或多孔炭微带的制备方法
CN106747572A (zh) 一种碳纳米管气凝胶的制备方法
CN108892138A (zh) 一种基于生物质衍生氮/氧共掺杂多级孔结构碳材料及其制备方法
CN109876771A (zh) 一种丝瓜活性炭气凝胶材料、其制备方法和应用
CN103991864A (zh) 一种石墨烯气凝胶的制备方法
CN105621384A (zh) 一种碳材料的合成方法
CN104276565A (zh) 一种超轻石墨烯弹性气凝胶的制备方法
CN108314008A (zh) 一种柔性可压缩3d全碳纳米纤维气凝胶及其制备方法
CN114156093A (zh) N/o共掺杂的硫化钼@多孔碳复合电极材料及其制备方法和应用
CN113683088A (zh) 一种纤维素基三维多孔碳材料及其制备方法和应用
CN109368640A (zh) 一种利用头发基制备分级多孔碳材料的方法
CN105692607A (zh) 一种基于化学还原法的石墨烯可压缩气凝胶及其制备方法、应用
CN113072066B (zh) 一种多孔碳材料及其制备方法与超级电容器
CN110157014A (zh) 一种高性能复合水凝胶在离子液体中的制备方法
CN110155993A (zh) 疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用
CN110127676B (zh) 疏水性氧化石墨烯气凝胶及其生产方法
CN110128696A (zh) 疏水性石墨烯吸油海绵及其制备方法和应用

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
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220718

Address after: 5 / F, 277 Huqingping Road, Minhang District, Shanghai, 201105

Patentee after: Zhongjing Chengkang Resources Recycling Technology Co.,Ltd.

Address before: 100176 Ronghua International Building No. 3, 10 Ronghua South Road, Beijing Daxing Economic and Technological Development Zone, 20th Floor

Patentee before: Zhongsu New Technology Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 5 / F, 277 Huqingping Road, Minhang District, Shanghai, 201105

Patentee after: Chengkang Material Technology Co.,Ltd.

Address before: 5 / F, 277 Huqingping Road, Minhang District, Shanghai, 201105

Patentee before: Zhongjing Chengkang Resources Recycling Technology Co.,Ltd.

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Elastic Graphene Aerogel and Its Preparation Methods and Applications

Granted publication date: 20210727

Pledgee: China Construction Bank Corporation Hefei Binhu New Area sub branch

Pledgor: Chengkang Material Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980018130