CN110947360A - 一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110947360A
CN110947360A CN201811121992.8A CN201811121992A CN110947360A CN 110947360 A CN110947360 A CN 110947360A CN 201811121992 A CN201811121992 A CN 201811121992A CN 110947360 A CN110947360 A CN 110947360A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon material
porous carbon
ultra
responsive
light porous
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.)
Pending
Application number
CN201811121992.8A
Other languages
English (en)
Inventor
刘军枫
罗健辉
徐宇恒
金晶
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.)
Petrochina Co Ltd
Original Assignee
Petrochina 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 Petrochina Co Ltd filed Critical Petrochina Co Ltd
Priority to CN201811121992.8A priority Critical patent/CN110947360A/zh
Publication of CN110947360A publication Critical patent/CN110947360A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01J20/28002—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 physical properties
    • 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
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3416—Regenerating or reactivating of sorbents or filter aids comprising free carbon, e.g. activated carbon
    • 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
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/345—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture
    • B01J20/3475—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture in the liquid phase
    • 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
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • 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

Landscapes

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

Abstract

本发明提供了一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用，所述pH响应超轻多孔碳材料是将超轻多孔碳材料表面修饰具有pH响应的聚合物后得到的，该具有pH响应的聚合物是通过超轻多孔碳材料表面接枝的引发剂引发原子转移自由基聚合而修饰于该超轻多孔碳材料的表面的。本发明所提供的该pH响应超轻多孔碳材料为一种可根据pH值的不同来调控自身亲疏水性质的超轻多孔材料，具体而言，其对油类物质具有明显的pH智能脱附效果，能够在近中性的水中高效吸附油类物质，且在酸性的水中高效脱附油类物质，在智能油水分离领域具有广阔的应用前景。

Description

一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用，属于功能材料制备技术领域。
背景技术
近年来，由于海面原油泄漏和工厂废水排放日趋严重，水体中油类物质的吸附和转移成为人们亟待解决的问题之一。多孔碳材料因为其具有低密度、高比表面积、高孔隙率等特点，被广泛的用作吸附材料。超轻多孔碳材料作为油类物质的吸附剂通常具有较高的吸油率、高机械强度、高化学稳定性等优势，而且其密度极低，可漂浮于水面上，直接对水体表面的油类物质进行吸附。常规多孔碳材料可使用挤压的方式进行油类物质的脱附，但是脱附率较低，而且挤压操作容易造成多孔碳材料结构坍塌和破坏，限制了其规模应用。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种pH响应超轻多孔碳材料。本发明所提供的该pH响应超轻多孔碳材料为一种可根据pH值的不同来调控自身亲疏水性质的超轻多孔材料，具体而言，其对油类物质具有明显的pH智能脱附效果，能够在近中性的水中高效吸附油类物质，且在酸性的水中高效脱附油类物质，在智能油水分离领域具有广阔的应用前景。
本发明的另一目的还在于提供所述pH响应超轻多孔碳材料的制备方法。
本发明的又一目的还在于提供所述的pH响应超轻多孔碳材料在油类物质的吸附和转移中的应用。
为达到上述目的，一方面，本发明提供一种pH响应超轻多孔碳材料，其中，所述pH响应超轻多孔碳材料是将超轻多孔碳材料表面修饰具有pH响应的聚合物后得到的，该具有pH响应的聚合物是通过超轻多孔碳材料表面接枝的引发剂引发原子转移自由基聚合而修饰于该超轻多孔碳材料的表面的。
根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，所述引发剂通过硅烷偶联剂与所述超轻多孔碳材料进行连接。
根据本发明的具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，以该pH响应超轻多孔碳材料的总重量为100％计，所述具有pH响应的聚合物的接枝量为8-10％。
根据本发明具体实施方案，该pH响应超轻多孔碳材料是采用包括以下步骤的制备方法制备得到的：
1)将超轻多孔碳材料浸入硅烷偶联剂的甲苯溶液中，在加热条件下回流反应，反应结束后对反应所得产物进行洗涤、干燥；
2)将步骤1)中干燥所得产物浸入吡啶的二氯甲烷溶液中，然后再向其中加入引发剂，静置一段时间；再对静置后所得产物进行洗涤、干燥；
3)将步骤2)中干燥所得产物浸入丙酮和异丙醇的混合溶剂中，然后向其中加入溴化亚铜和五甲基二乙烯三胺，再加入具有pH响应的聚合物前体后加热进行反应，反应结束后，得到所述pH响应超轻多孔碳材料。
根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料的制备方法中，所述具有pH响应的聚合物前体为4-乙烯基吡啶或2-乙烯基吡啶。
根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，所述硅烷偶联剂包括3-氨丙基三甲氧基硅烷及3-氨丙基三乙氧基硅烷。
根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，所述引发剂包括2-溴异丁酰溴。
根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，所述超轻多孔碳材料为氮掺杂的超轻多孔碳材料。其中，采用氮掺杂的超轻多孔碳材料时，硅烷偶联剂修饰效果更佳。
根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，所述氮掺杂的超轻多孔碳材料中，碳和氮的重量比为10-15:1。
根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，所述氮掺杂的超轻多孔碳材料包括掺氮碳海绵或掺氮石墨烯气凝胶。
在该掺氮碳海绵和掺氮石墨烯气凝胶中均含有羟基，所述掺氮碳海绵和掺氮石墨烯气凝胶中该羟基的存在使得其可与硅烷偶联剂进行接枝。
根据本发明具体实施方案，其中，所述掺氮碳海绵、掺氮石墨烯气凝胶均为常规超轻多孔碳材料，其均可通过商购获得，也均可采用本领域常规制备方法制备得到，如所述掺氮石墨烯气凝胶可采用弱还原剂对氧化石墨烯原料进行低还原程度的反应制备得到的，制备过程中采用弱还原剂进行低还原程度的反应可使所得掺氮石墨烯气凝胶中保留部分氧化石墨烯的羟基。根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，所述掺氮碳海绵的密度小于10mg/cm3。
根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，所述掺氮石墨烯气凝胶的密度小于10mg/cm3。
根据本发明具体实施方案，在所述的pH响应超轻多孔碳材料中，所述具有pH响应的聚合物包括聚4-乙烯基吡啶及聚2-乙烯基吡啶。
根据本发明具体实施方案，该pH响应超轻多孔碳材料的密度小于12mg/cm3。
根据本发明具体实施方案，当6<pH<8时，该pH响应超轻多孔碳材料的水接触角为150-155°；当pH<3时，水下油滴接触角为120-128°。
在本发明具体实施方式中，当6<pH<8时，该pH响应超轻多孔碳材料的水接触角为150-155°，此时油滴被快速吸收；当pH<3时，油滴在水下的接触角为120-128°，吸收的油类被快速释放。
本发明通过对超轻多孔碳材料修饰具有pH响应的聚合物，如聚4-乙烯基吡啶(P4VP)，得到可以在中性环境下吸附油类物质，酸性环境下脱附油类物质的智能响应超轻多孔碳材料。
另一方面，本发明还提供了所述的pH响应超轻多孔碳材料的制备方法，其包括以下步骤：
1)将超轻多孔碳材料浸入硅烷偶联剂的甲苯溶液中，在加热条件下回流反应，反应结束后对反应所得产物进行洗涤、干燥；
2)将步骤1)中干燥所得产物浸入吡啶的二氯甲烷溶液中，然后再向其中加入引发剂，静置一段时间；再对静置后所得产物进行洗涤、干燥；
3)将步骤2)中干燥所得产物浸入丙酮和异丙醇的混合溶剂中，然后向其中加入溴化亚铜和五甲基二乙烯三胺，再加入具有pH响应的聚合物前体后加热进行反应，反应结束后，得到所述pH响应超轻多孔碳材料。
根据本发明具体实施方案，本发明对该pH响应超轻多孔碳材料的制备过程中超轻多孔碳材料及硅烷偶联剂的甲苯溶液二者之间的用量比例不做具体要求，只要保证超轻多孔碳材料可浸没于硅烷偶联剂的甲苯溶液中即可。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法中，所述具有pH响应的聚合物前体为4-乙烯基吡啶或2-乙烯基吡啶。
根据本发明具体实施方案，该pH响应超轻多孔碳材料的制备方法具体包括以下步骤：
1)将超轻多孔碳材料浸入10-20mL含有1-3wt％的3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中，在加热条件下回流反应，反应结束后对反应所得产物进行洗涤、干燥；
2)将步骤1)中干燥所得产物浸入10-20mL含有1-5wt％吡啶的二氯甲烷溶液中，然后再向其中加入50-200μL的2-溴异丁酰溴，静置一段时间；再对静置后所得产物进行洗涤、干燥；
3)将步骤2)中干燥所得产物浸入10-20mL的丙酮和异丙醇的混合溶剂中，然后向其中加入0.04-0.1g的溴化亚铜和200-500μL的五甲基二乙烯三胺，再加入1-2mL的4-乙烯基吡啶或4-乙烯基吡啶后加热进行反应，反应结束后，得到所述pH响应超轻多孔碳材料。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤1)中，所述在加热条件下回流反应为在110-120℃下反应2-6h。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤1)中，所述洗涤为采用10mL甲苯洗涤3次。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤1)中，所述干燥为100-120℃干燥1h。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤2)中，所述浸入为在0℃下进行。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤2)中，所述静置为先于0℃下静置1-2h，然后再于常温静置10-24h。
其中，在本发明具体实施方式中，该0℃环境可通过冰水浴实现。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤2)中，所述洗涤为采用10mL丙酮洗涤3次。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤2)中，所述干燥为60-120℃干燥2h。
在本发明较为优选的实施方式中，步骤2)中，所述干燥为80℃干燥2h。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤3)中，丙酮和异丙醇的混合溶剂中，丙酮和异丙醇的体积比为1:0.5-2。
在本发明较为优选的实施方式中，步骤3)中，丙酮和异丙醇的混合溶剂中，丙酮和异丙醇的体积比为1:1。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤3)中，所述加热进行反应为于40-50℃下加热反应6-10h。
根据本发明具体实施方案，所述的制备方法步骤3)还包括对反应后所得产物进行洗涤干燥的操作；
在本发明具体实施方式中，所述洗涤为采用20mL的pH＝2的盐酸溶液和20mL去离子水分别洗涤3次；
所述干燥为80℃烘箱中干燥2h。
又一方面，本发明还提供了所述的pH响应超轻多孔碳材料在油类物质的吸附和转移中的应用。
根据本发明具体实施方案，在所述的应用中，所述油类物质的吸附在6<pH<8的条件下进行，该油类物质的脱附于pH<3的条件下进行。
根据本发明具体实施方案，在本发明较为优选的应用方式中，所述油类物质的吸附在pH＝7的条件下进行，该油类物质的脱附于pH＝1的条件下进行。
根据本发明具体实施方案，在所述的应用中，该pH响应超轻多孔碳材料对油类物质的吸附量为60-120g/g。
根据本发明具体实施方案，在所述的应用中，该pH响应超轻多孔碳材料对油类物质的最高脱附率为99％以上(pH值为1时)。
本发明以超轻多孔碳材料作为基底，通过原子转移自由基聚合的方式，在其表面修饰具有pH响应的聚合物，进而得到所述pH响应超轻多孔碳材料。该制备方法修饰效率高，对油类物质具有明显的pH智能脱附效果，能够在水里高效吸附和脱附油类，在智能油水分离领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1中所制备得到的pH响应掺氮碳海绵的扫描电镜图。
图2为本发明实施例1中所制备得到的pH响应掺氮碳海绵对pH＝7的水的接触角示意图。
图3为本发明实施例1中所制备得到的pH响应掺氮碳海绵对油滴(辛烷)的吸收过程示意图。
图4为本发明实施例1中所制备得到的pH响应掺氮碳海绵对pH＝1的水滴的吸收过程示意图。
图5为本发明实施例1中所制备得到的pH响应掺氮碳海绵在酸性(pH＝1)的水中对辛烷液滴的接触角示意图。
图6为本发明实施例1中所制备得到的pH响应掺氮碳海绵在酸性(pH＝1)的水中对辛烷(苏丹红Ⅲ染色)的脱附过程示意图。
图7为本发明实施例1中所制备得到的pH响应掺氮碳海绵在不同pH条件下的油类脱附率曲线图。
图8为本发明实施例1中所制备得到的pH响应掺氮碳海绵的循环脱附率示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种pH响应超轻掺氮碳海绵，其是采用包括以下步骤的制备方法制备得到的：
1)将2×2×6cm3的三聚氰胺海绵用10mL去离子水和10mL乙醇分别洗涤3次，在80℃烘箱中干燥2h；
2)将步骤1)所得到的该三聚氰胺海绵在惰性气体条件、800℃下煅烧30min，升温速率为5℃/min，得到掺氮碳海绵(其中碳和氮的重量比为10.9:1)，然后用10mL去离子水和10mL乙醇分别洗涤3次，在80℃烘箱中干燥2h；所得该掺氮碳海绵中含有羟基(煅烧过程中形成)，该掺氮碳海绵的密度为7.8mg/cm3。
3)将步骤2)中得到的掺氮碳海绵浸泡在10mL含有2wt％的3-氨丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液中，110℃加热回流2h，使用10mL甲苯溶液洗涤3次，120℃下干燥1h，得到氨基化掺氮碳海绵。
4)将步骤3)中得到的氨基化掺氮碳海绵在0℃下浸泡在10mL含有2wt％吡啶的二氯甲烷中，在冰浴搅拌下逐滴加入200μL的2-溴异丁酰溴，并保持0℃静置1小时，然后室温静置12h。然后用10mL丙酮洗涤3次，在80℃烘箱中干燥2h，得到溴化掺氮碳海绵。
其中，步骤4)中发生的反应会产生酸，此时采用吡啶可中和反应所产生的酸，有利于反应的进行。
5)将步骤4)中得到的溴化掺氮碳海绵浸泡在10mL体积比为1:1的丙酮/异丙醇的溶液中，在惰性气体条件下加入催化剂(0.04g溴化亚铜和200μL五甲基二乙烯三胺)，然后加入1mL的4-乙烯基吡啶，在45℃的条件下加热10h。反应结束后用20mL的pH＝2的盐酸溶液和20mL去离子水分别洗涤产物3次，再将洗涤后所得产物于80℃烘箱中干燥2h，得到聚4-乙烯基吡啶修饰的掺氮碳海绵。其中，聚4-乙烯基吡啶的接枝量为8.5％。
参考图1，本实例制备得到的该pH响应掺氮碳海绵具有良好的多孔网络结构，碳氮比为10.9:1，密度为9.3mg/cm3，此材料对油类具有较高吸附性能，辛烷吸附量为60g/g，甲苯吸附量为63g/g，氯仿吸附量为120g/g。
参考图2，在接枝聚4-乙烯基吡啶后，本实施例制备得到的该掺氮碳海绵对于pH＝7的水表现出超疏性质，疏水接触角为155°。
参考图3，油滴(辛烷)则可被本实例制备得到的该pH响应掺氮碳海绵快速(300ms内)吸收。
参考图4，本实例制备得到的该pH响应掺氮碳海绵对于pH＝1的水溶液表现出亲水性质，pH＝1的水滴被快速(1100ms)吸收。
参考图5，本实例制备得到的该pH响应掺氮碳海绵在pH＝1的水中表现出疏油性质，油滴(辛烷)的接触角为128°，这实现了掺氮碳海绵表面浸润性的pH智能调控。
参考图6，本实例制备得到的该pH响应掺氮碳海绵在pH＝1的水中可以对油类物质(苏丹红Ⅲ染色的辛烷)进行脱附。
参考图7，在pH大于5时，饱和吸附了油类物质(辛烷)的此材料无法在水中进行油类脱附；pH降低至3时，此材料在水中开始发生油类物质(辛烷)的脱附，脱附率为23％；当pH达到1时，此材料在2min内可以实现油类物质(辛烷)的完全脱附，脱附率接近100％，因此最优脱附pH值为1。
同时，参考图8，本实例制备得到的该pH响应掺氮碳海绵具有良好的循环性能，经过10次饱和吸附-脱附循环后仍然保持96％以上的脱附率。
实施例2
本实施例提供了一种pH响应石墨烯气凝胶，其是采用包括以下步骤的制备方法制备得到的：
1)配制浓度为3mg/mL的氧化石墨烯水溶液；
2)将步骤1)中的氧化石墨烯溶液与20μL的乙二胺混合，在80-90℃下反应12h，得到石墨烯水凝胶；
3)将步骤2)中的得到的水凝胶冷冻干燥24h，得到掺氮石墨烯气凝胶，碳/氮重量比约为6:1，密度为8.2mg/cm3。
4)将步骤3)中得到的石墨烯气凝胶在0℃下浸泡在10mL含有2wt％的3-氨丙基三甲氧基硅烷的甲苯溶液中，110℃加热回流2h，然后用10mL甲苯溶液洗涤3次，在120℃下干燥1h，得到氨基化石墨烯气凝胶。
5)将步骤4)中得到的氨基化石墨烯气凝胶浸泡在10mL含有2wt％吡啶的二氯甲烷中，在冰浴搅拌下逐滴加入200μL的2-溴异丁酰溴，并保持0℃静置1h，然后室温静置12h。用10mL丙酮洗涤3次，在80℃烘箱中干燥2h，得到溴化石墨烯气凝胶。
6)将步骤5)中得到的溴化掺氮碳海绵浸泡在10mL体积比为1:1的丙酮/异丙醇的溶液中，在惰性气体条件下加入0.04g溴化亚铜和200μL五甲基二乙烯三胺，然后加入1mL4-乙烯基吡啶，在45℃的条件下加热10h。反应结束后用20mL pH＝2的盐酸溶液和20mL去离子水分别洗涤产物3次，再将干燥所得产物于80℃烘箱中干燥2h，得到聚4-乙烯基吡啶修饰的石墨烯气凝胶，其密度为10.6mg/cm3。
本实施例制备得到的该pH响应石墨烯气凝胶的pH响应性能与实施例1类似。
以上具体实施方式仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (29)

1.一种pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述pH响应超轻多孔碳材料是将超轻多孔碳材料表面修饰具有pH响应的聚合物后得到的，该具有pH响应的聚合物是通过超轻多孔碳材料表面接枝的引发剂引发原子转移自由基聚合而修饰于该超轻多孔碳材料的表面的。
2.根据权利要求1所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述引发剂通过硅烷偶联剂与所述超轻多孔碳材料进行连接。
3.根据权利要求1所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，以该pH响应超轻多孔碳材料的总重量为100％计，所述具有pH响应的聚合物的接枝量为8-10％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，该pH响应超轻多孔碳材料是采用包括以下步骤的制备方法制备得到的：
1)将超轻多孔碳材料浸入硅烷偶联剂的甲苯溶液中，在加热条件下回流反应，反应结束后对反应所得产物进行洗涤、干燥；
2)将步骤1)中干燥所得产物浸入吡啶的二氯甲烷溶液中，然后再向其中加入引发剂，静置一段时间；再对静置后所得产物进行洗涤、干燥；
3)将步骤2)中干燥所得产物浸入丙酮和异丙醇的混合溶剂中，然后向其中加入溴化亚铜和五甲基二乙烯三胺，再加入具有pH响应的聚合物前体后加热进行反应，反应结束后，得到所述pH响应超轻多孔碳材料。
5.根据权利要求2所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括3-氨丙基三甲氧基硅烷及3-氨丙基三乙氧基硅烷。
6.根据权利要求2所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述引发剂包括2-溴异丁酰溴。
7.根据权利要求1-6任一项所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述超轻多孔碳材料为氮掺杂的超轻多孔碳材料。
8.根据权利要求7所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述氮掺杂的超轻多孔碳材料中，碳和氮的重量比为10-15:1。
9.根据权利要求7所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述氮掺杂的超轻多孔碳材料包括掺氮碳海绵或掺氮石墨烯气凝胶。
10.根据权利要求9所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述掺氮碳海绵的密度小于10mg/cm3。
11.根据权利要求9所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述掺氮石墨烯气凝胶的密度小于10mg/cm3。
12.根据权利要求1-6任一项所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，所述具有pH响应的聚合物包括聚4-乙烯基吡啶及聚2-乙烯基吡啶。
13.根据权利要求1-12任一项所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，该pH响应超轻多孔碳材料的密度小于12mg/cm3。
14.根据权利要求1-13任一项所述的pH响应超轻多孔碳材料，其特征在于，当6<pH<8时，该pH响应超轻多孔碳材料的水接触角为150-155°；当pH<3时，水下油滴接触角为120-128°。
15.权利要求1-14任一项所述的pH响应超轻多孔碳材料的制备方法，其包括以下步骤：
1)将超轻多孔碳材料浸入硅烷偶联剂的甲苯溶液中，在加热条件下回流反应，反应结束后对反应所得产物进行洗涤、干燥；
2)将步骤1)中干燥所得产物浸入吡啶的二氯甲烷溶液中，然后再向其中加入引发剂，静置一段时间；再对静置后所得产物进行洗涤、干燥；
3)将步骤2)中干燥所得产物浸入丙酮和异丙醇的混合溶剂中，然后向其中加入溴化亚铜和五甲基二乙烯三胺，再加入具有pH响应的聚合物前体后加热进行反应，反应结束后，得到所述pH响应超轻多孔碳材料。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，该制备方法具体包括以下步骤：
1)将超轻多孔碳材料浸入10-20mL含有1-3wt％的3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中，在加热条件下回流反应，反应结束后对反应所得产物进行洗涤、干燥；
2)将步骤1)中干燥所得产物浸入10-20mL含有1-5wt％吡啶的二氯甲烷溶液中，然后再向其中加入50-200μL的2-溴异丁酰溴，静置一段时间；再对静置后所得产物进行洗涤、干燥；
3)将步骤2)中干燥所得产物浸入10-20mL的丙酮和异丙醇的混合溶剂中，然后向其中加入0.04-0.1g的溴化亚铜和200-500μL的五甲基二乙烯三胺，再加入1-2mL的4-乙烯基吡啶或2-乙烯基吡啶后加热进行反应，反应结束后，得到所述pH响应超轻多孔碳材料。
17.根据权利要求15或16所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述在加热条件下回流反应为在110-120℃下反应2-6h。
18.根据权利要求15或16所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述洗涤为采用10mL甲苯洗涤3次。
19.根据权利要求15或16所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述干燥为100-120℃干燥1h。
20.根据权利要求15或16所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述浸入为在0℃下进行。
21.根据权利要求15或16所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述静置为先于0℃下静置1-2h，然后再于常温静置10-24h。
22.根据权利要求15或16所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述洗涤为采用10mL丙酮洗涤3次。
23.根据权利要求15或16所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述干燥为60-120℃干燥2h。
24.根据权利要求15或16所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，丙酮和异丙醇的混合溶剂中，丙酮和异丙醇的体积比为1:0.5-2。
25.根据权利要求15或16所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述加热进行反应为于40-50℃下加热反应6-10h。
26.权利要求1-14任一项所述的pH响应超轻多孔碳材料在油类物质的吸附和转移中的应用。
27.根据权利要求26所述的应用，其特征在于，所述油类物质的吸附在6<pH<8条件下进行，该油类物质的脱附于pH<3的条件下进行。
28.根据权利要求27所述的应用，其特征在于，该pH响应超轻多孔碳材料对油类物质的吸附量为60-120g/g。
29.根据权利要求27所述的应用，其特征在于，该pH响应超轻多孔碳材料对油类物质的最高脱附率为99％以上。
CN201811121992.8A 2018-09-26 2018-09-26 一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用 Pending CN110947360A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811121992.8A CN110947360A (zh) 2018-09-26 2018-09-26 一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811121992.8A CN110947360A (zh) 2018-09-26 2018-09-26 一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110947360A true CN110947360A (zh) 2020-04-03

Family

ID=69962430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811121992.8A Pending CN110947360A (zh) 2018-09-26 2018-09-26 一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110947360A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8712582D0 (en) * 1987-05-28 1987-07-01 Neotronics Ltd Acidic gas sensors
AU4885102A (en) * 2001-07-17 2003-01-23 Rohm And Haas Company Wear-resistant coating composition and method for producing a coating
CN105731432A (zh) * 2016-01-18 2016-07-06 杭州师范大学 一种硅烷功能化石墨烯气凝胶材料的制备方法
CN106564235A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 王贵然 一种三聚氰胺纳米气凝胶co2发泡复合难燃闭孔硬质泡沫保温板及其制备方法
CN106944016A (zh) * 2017-03-18 2017-07-14 华南理工大学 一种pH响应性油水分离泡沫及其制备方法
CN108318555A (zh) * 2017-12-22 2018-07-24 北京科技大学 一种氮化硼、氮化硼修饰玻碳电极及其制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8712582D0 (en) * 1987-05-28 1987-07-01 Neotronics Ltd Acidic gas sensors
AU4885102A (en) * 2001-07-17 2003-01-23 Rohm And Haas Company Wear-resistant coating composition and method for producing a coating
CN105731432A (zh) * 2016-01-18 2016-07-06 杭州师范大学 一种硅烷功能化石墨烯气凝胶材料的制备方法
CN106564235A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 王贵然 一种三聚氰胺纳米气凝胶co2发泡复合难燃闭孔硬质泡沫保温板及其制备方法
CN106944016A (zh) * 2017-03-18 2017-07-14 华南理工大学 一种pH响应性油水分离泡沫及其制备方法
CN108318555A (zh) * 2017-12-22 2018-07-24 北京科技大学 一种氮化硼、氮化硼修饰玻碳电极及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN, SL ET AL.: "Elastic carbon foam via direct carbonization of polymer foam for flexible electrodes and organic chemical absorption", 《ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE》 *
杨宇: "疏水性三维多孔材料的制备及其再油水分离中的应用", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110215902A (zh) 硅烷改性生物炭及其制备方法和应用
CN112844301B (zh) 一种二聚体羧基吸附剂及其制备方法与应用
CN102170966A (zh) 高分子纳米聚合物介孔材料的制备方法
CN107913677B (zh) 一种纳米重金属废水离子吸附微球及其制备方法
CN110918067B (zh) 一种接枝纤维素吸附剂及其制备方法和应用
CN102614838A (zh) 交联壳聚糖微球重金属离子吸附剂的生产方法
CN114408924B (zh) 一种无氟防水防潮超疏水活性炭及其制备方法和应用
CN104001480A (zh) 一种球形水处理剂的制备方法
Li et al. Preparation of high-performance chitosan adsorbent by cross-linking for adsorption of Reactive Red 2 (RR2) dye wastewater
CN107827108A (zh) 一种极微孔碳材料及其制备方法
CN113713785B (zh) 一种聚多巴胺包裹壳聚糖-氢氧化钴凝胶球及其制备方法和应用
CN110947360A (zh) 一种pH响应超轻多孔碳材料及其制备方法与应用
CN107159157A (zh) 含有重金属离子印迹交联壳聚糖纳米纤维膜及其制备方法
CN106478975B (zh) 双功能嵌段聚合物的制备方法及其改性聚偏氟乙烯微滤膜的方法
CN102527345B (zh) 一种具有吸附分离功能的Mn元素掺杂环糊精聚合物材料的制备方法及其应用
CN115672280B (zh) 一种全氟辛酸吸附剂的制备方法
CN113797897B (zh) 一种用于捕集co2的改性壳聚糖基碳气凝胶的制备方法
CN106268299A (zh) 一种微孔介质催化氧化制备空气净化材料的方法及空气净化材料
CN113171756A (zh) 一种可降解的3d有序大孔壳聚糖膜、其制备方法和应用
CN115106067B (zh) 一种功能性大孔有机硅胶材料及其制备方法与应用
CN101439282A (zh) 一种改性膨胀石墨的制备方法及在苯气体处理的用途
JPS6159177B2 (zh)
CN110947359A (zh) 低密度高弹性的疏水/亲油碳海绵及其制备方法与应用
CN115845810A (zh) 一种用于碳捕集的纤维素基多孔材料的制备方法和应用
CN116850949B (zh) 一种UiO-W复合木膜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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200403

RJ01 Rejection of invention patent application after publication