CN113145031B - 一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法，所述复合气凝胶是由纤维素和氧化石墨烯以质量比1:0.1～5.0均匀复合的多孔材料。所述制备方法为：（1）将纤维素和氧化石墨烯混合后，加入水中，液下搅拌升温后，加热液下搅拌超声处理；（2）加热机械搅拌发泡后，密封升温，调整压力；（3）倒入模具中，液氮冷却后，冷冻干燥，得纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶。本发明复合气凝胶的原料易获取，结构孔隙分布均匀，可在0.1～500μm内调控，比表面积可达10～650m2/g，可压缩40～90%，密度为0.01～3.00g/cm3，吸附性好，应用广泛；本发明方法简单，可重复性高，经济环保，适于大规模工业化生产。

Description

一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种气凝胶及其制备方法，具体涉及一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法。
背景技术
石墨烯具有碳原子之间以sp2杂化方式结合在一起的二维平面上的蜂窝网状结构，由于其独特的结构，石墨烯材料具有超高的比表面积、载流子迁移率和热导率，因此，在传感、吸附、能源等方面都具有极大的应用潜力。石墨烯材料的性质往往取决于其二维片层的排列方式，石墨烯固有的大π键共轭结构使其倾向于堆叠，这有助于制备高强度的纤维和薄膜结构，但要做成吸附、催化和超级电容器等，往往需要极高的比表面积，这就希望使得石墨烯的片层之间相互分离，成为立体三维结构。
石墨烯气凝胶的结构多种多样，以基于氧化石墨烯的组装方式比较常见，能够大规模，而且以相对较低的成本制备，目前主要的方法有水热法和模板法。
（1）水热合成法步骤简单，在氧化石墨烯溶液中加入少许还原剂，比如尿素、抗坏血酸等，在90～180℃下水热处理，冷冻干燥后即可获得气凝胶结构（ACS Applied NanoMaterials, 2019, 2(3):1210-1222.）。同时，在其中添加BN、碳纳米管、石墨烯纳米片等来防止GO片层堆叠和收缩（Carbon, 2018）。但是，该方法制备的气凝胶虽然弹性较高，但密度也高，而且难以控制。
（2）比如使用多孔泡沫镍或者Ni(OH)2片层作为硬模板的模板法，是在其表面组装氧化石墨烯后再通过酸浸等方式除去模板（Journal of Materials Chemistry A, 2019），这种方法制备的氧化石墨烯气凝胶具有极高的比表面积，一般可用作超级电容器等器件的制备，但是，由于模板法制备的氧化石墨烯气凝胶往往取决于模板的结构，难以调控，而且模板去除比较繁琐。
纤维素/石墨烯气凝胶目前主要是基于生物产生的细菌纤维素膜，在膜上修饰石墨烯来进一步调控其性能。但是，由于其与硬模板法比较相近，因此，只能依靠原有结构构筑三维形貌。
CN110227423A公开了一种氧化石墨烯与纤维素复合气凝胶及其制备方法和用途，是将氧化石墨烯、还原剂和纤维素混合，再加入发泡剂产生气泡孔洞，升温进行还原反应后，洗涤、冷冻融化、干燥。但是，该方法所得气凝胶中气泡孔径不可调，且步骤繁琐，制得的气凝胶弹性差。
CN109019597A公开了一种纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的制备方法及其应用，是将亚麻浆加入到预冷的氢氧化钠/尿素水溶液中，得到均匀的纤维素溶液，再加入氧化石墨烯混匀后，加热使其凝胶化，冻干后，进行真空环境下的高温碳化处理，得到纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶，可以用作电极材料和吸附材料。但是，该气凝胶的力学性能差，比表面积小，难以扩展应用。
CN110790974A一种应用于气体检测领域的纤维素-石墨烯气凝胶材料及其制备方法，是将棉短纤纤维素溶解在氢氧化钠和尿素的水溶液中，加入氧化石墨烯水溶液后，流延成膜，经维生素C还原之后，进行冷冻干燥，可用于检测不同的气体。但是，该气凝胶的比表面积小，均一性差，没有可调控的孔径。
还有研究发现，呼吸图法可以小规模的制备垂直取向的氧化石墨烯气凝胶，利用雾滴的形成作为软模板，可以制备具有受控孔径的蜂窝图案。将氧化石墨烯分散在有机相中，在潮湿气流下使其在基板上蒸发，就可以得到蜂窝状薄膜（ACS Nano 2011,5:3831-3839）。但是，该方法难以制备出较大体积的块体材料。
另外，目前冰模板法应用较广，尤其是定向冷冻干燥的方法，可以方便的制备出垂直生长的三维石墨烯结构，是利用温度梯度、表面浸润度来调控冰晶生长，最后在低温下除去冰晶，就可得到冰模板的氧化石墨烯气凝胶(Nature Communications, 2012, 3:1241.)。但是，冰模板的形状单一、结构简单，而且难以改变大小。
目前，还没有使用机械搅拌产生气泡来制备和调控石墨烯气凝胶的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种原料易获取，所得气凝胶气泡孔径分布均匀、可调控，比表面积大，弹性好，密度小，力学性能好，吸附性好的纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶。
本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种可制备大体积气凝胶，方法简单，可重复性高，经济环保，适宜于大规模工业化生产的纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶，所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶是由纤维素和氧化石墨烯以质量比1:0.1～5.0均匀复合的多孔材料。若氧化石墨烯含量过高，则气凝胶的机械性能变差，易碎，若氧化石墨烯的含量过低，则会降低比表面积，且弹性降低。纤维素作为增稠剂和固定剂，使得氧化石墨烯片层分隔开，从而增大比表面积，且将其片层黏附支撑，便于气泡的生成，气泡又作为介质使甲基纤维素溶液相互分离，冷冻干燥后形成通孔。
优选地，所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为0.1～500μm （更优选1～100μm）。具有所述平均孔径范围的气凝胶结构稳定，弹性较好。
优选地，所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的比表面积为10～650m2/g（更优选12～200m2/g）。具有所述比表面积范围的气凝胶具有较高的吸附能力和吸附水平。
优选地，所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶能压缩40～90%体积后回弹至原体积。
优选地，所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为0.01～3.00g/cm3（更优选0.1～1.0g/cm3）。在所述密度下的气凝胶可以保持稳定的结构，具有比较好的力学性能。
优选地，所述纤维素的分子量为400～2000。纤维素的分子量决定了其与水和氧化石墨烯的亲和能力，分子量越高其粘度越大，但若分子量过高又不易分散。
优选地，所述纤维素为甲基纤维素、羧甲基纤维素或羟丙基纤维素等中的一种或几种。所述纤维素能溶于水，且可以通过控制浓度来调整溶液粘度。所述纤维素更优选为分子量450～1500的甲基纤维素。甲基纤维素的生物相容性更好，粘稠度更高，且具有热固性，适合气泡制孔后进行固定结构，同时，其具有丰富的含氧官能团，与氧化石墨烯结合能力强，加热碳化后还可作为吸附亚甲基蓝等染料的吸附质。
优选地，所述氧化石墨烯为单层或多层氧化石墨烯。
优选地，所述氧化石墨烯的片层厚度为0.1～3.0μm。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纤维素和氧化石墨烯混合后，加入水中，液下搅拌升温后，加热液下搅拌超声处理，得稳定均一的纤维素、氧化石墨烯混合溶液；
（2）将步骤（1）所得纤维素、氧化石墨烯混合溶液，进行加热机械搅拌发泡后，在密封升温的同时，调整压力，得含有气泡的凝胶；
（3）将步骤（2）所得含有气泡的凝胶倒入模具中，液氮冷却后，冷冻干燥，得纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶。
优选地，步骤（1）中，所述纤维素和氧化石墨烯的质量比为1:0.1～5.0。在所述比例下所得气凝胶结构比较稳定，且弹性较好，具有优秀的压缩回弹能力。
优选地，步骤（1）中，所述水的用量相当于纤维素和氧化石墨烯总质量的4～30倍。水的含量决定了最终制得气凝胶的密度，其密度是决定稳定性的关键因素。
优选地，步骤（1）中，所述液下搅拌升温是在搅拌速度为100～800rpm（更优选200～500rpm）下，以2～10℃/min的速度升温至40～55℃。所述搅拌升温的目的是为了有利于氧化石墨烯与纤维素进行充分的混合，并且提高其溶解度。
优选地，步骤（1）中，所述加热液下搅拌超声处理的温度为40～55℃，搅拌的速度为100～800rpm（更优选200～500rpm），频率为30～60kHz，功率为60～90W，时间为60～200min。纤维素与氧化石墨烯在水溶液中搅拌超声混匀的过程中，两者的亲水基团结合，纤维素链插入到氧化石墨烯的片层之间，起到支撑、稳定和分离的作用，通过加热、超声处理，可加速混匀过程，防止发生堆叠和聚集现象，另外超声的能量可以促进其结合过程。若温度过高，则会导致提前凝胶化，组织进一步分散。
优选地，步骤（2）中，所述加热机械搅拌发泡的温度为30～45℃，搅拌的速度为50～1500rpm（更优选300～1000rpm），功率为5～20W，时间为30～60min。所述加热搅拌发泡的目的是引入空气气泡，在机械剪应力的作用下，使其破碎成均匀的大小，进而掺杂在溶液中稳定存在。
优选地，步骤（2）中，所述升温是以10～30℃/min的速度升温至60～90℃。进一步升温是为了使其凝胶化，纤维素水溶液在高温下会发生凝胶固化现象，可以固定气泡。若温度过高，则会使气泡内气压过大，导致气泡破裂，若温度过低，又难以实现凝胶固化。
优选地，步骤（2）中，所述调整压力至-0.08～0.20MPa。所述调整压力的方式包括加压、减压或维持压力。所述调整压力的目的是为了调控气泡的大小，加压的过程中凝胶内气泡受到压缩会明显减小，减压则会增大；由于在密封升温的过程中，压力有所增加，因此，升温完成也可以维持常压，维持常压则相当于减压。若压力过大或过小，均会导致气泡破裂影响结构。
优选地，步骤（3）中，所述液氮冷却的压力为常压，温度为-196℃，时间为30～60min。液氮冷却过程中，水凝胶的水分子相互结合形成冰晶，并进行均匀取向排列，实现结构的固定。
优选地，步骤（3）中，所述冷冻干燥的温度为-60～-10℃，时间为6～48h（更优选12～36h）。所述冷冻干燥的目的是为了除去产品中的水分并维持其结构，在真空环境下水分子由固态直接升华为气态，避免了液态水的溶解作用。若温度过低，则会导致干燥速度减慢，若温度过高，则可能导致液态水的产生。
本发明加热方式优选水浴加热。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的原料易获取，所得气凝胶结构孔隙分布均匀，可在0.1～500μm内调控，比表面积可达10～650m2/g，压缩40～90%体积后可回弹至原体积，密度为0.01～3.00g/cm3，吸附性好，加热碳化后，对水溶液中亚甲基蓝的吸附量高达274mg/g；
（2）本发明方法简单，可重复性高，经济环保，适宜于大规模工业化生产；
（3）本发明纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶在废水处理方面、压敏传感器、气体传感器等方面具有很强的应用潜力，也可应用于气体吸附、选择性催化、超级电容器、隐身等领域。
附图说明
图1是本发明纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶实施例1的SEM图（标尺为20μm）；
图2是本发明纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶实施例1、2的红外光谱对比图；
图3是本发明纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶实施例1的吸附-脱附曲线；
图4是本发明纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶实施例2的SEM图（标尺为100μm）；
图5是本发明纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶实施例3的SEM图（标尺为10μm）。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的甲基纤维素M450、M1000、M1350，购于阿拉丁；所使用的单层氧化石墨烯，片层厚度为1.0μm，购于先丰纳米；本发明实施例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶实施例1
所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶由甲基纤维素（M450）和单层氧化石墨烯以质量比1:0.25均匀复合的多孔材料；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为1μm；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的比表面积为12m2/g；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶能压缩90%体积后回弹至原体积；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为3g/cm3。
一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法实施例1
（1）将2.0g甲基纤维素（M450）和0.5g单层氧化石墨烯混合后，加入25mL水中，在200rpm的搅拌速度下，以4℃/min的速度液下搅拌升温至40℃后，在40℃水浴、搅拌速度为200rpm，频率为60kHz、功率为90W下，加热液下搅拌超声处理60min，得稳定均一的纤维素、氧化石墨烯混合溶液；
（2）将步骤（1）所得纤维素、氧化石墨烯混合溶液，在30℃水浴、搅拌速度为300rpm、功率为10W下，进行加热机械搅拌发泡60min后，再以30℃/min的速度，密封升温至60℃的同时，减压至常压，得含有气泡的凝胶；
（3）将步骤（2）所得含有气泡的凝胶倒入模具中，在常压下，-196℃液氮冷却30min后，在-60℃下，冷冻干燥12h，得纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶。
如图1所示，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的孔径分布均匀，表面光滑，具有联通孔结构。
如图2所示，说明本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶在制备过程中，氧化石墨烯得到了一定程度还原，具有石墨烯的性质，包含有比较多的碳碳双键，并表现出一定的导电性和高的比表面积。
如图3所示，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的吸附-脱附曲线存在吸附回滞环，其对应的是多孔吸附剂出现毛细凝聚的体系；在中压段，毛细凝聚导致上升很快，中孔毛细凝聚填满后，吸附剂还有大孔径的孔或者吸附质分子相互作用强，继续吸附形成多分子层，吸附等温线继续上升；本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为1μm，比表面积为12m2/g，说明其具备比较好的吸附能力，具有在吸附方面的应用潜力。
经万能电子试验机检测，将体积30*30*50mm的本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶压缩90%体积后可回弹至原体积，说明其具备较好的压缩回弹能力。
经分析天平和游标卡尺检测，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为3g/cm3。
经紫外-可见分光光度计检测，对本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶进行加热碳化后，对水溶液中亚甲基蓝的吸附量为156mg/g。
一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶实施例2
所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶由甲基纤维素（M1350）和单层氧化石墨烯以质量比1:3均匀复合的多孔材料；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为12μm；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的比表面积为98m2/g；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶能压缩70%体积后回弹至原体积；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为0.1 g/cm3。
一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法实施例2
（1）将1.0g甲基纤维素（M1350）和3.0g单层氧化石墨烯混合后，加入25mL水中，在400rpm的搅拌速度下，以8℃/min的速度液下搅拌升温至50℃后，在50℃水浴、搅拌速度为400rpm，频率为40kHz、功率为70W下，加热液下搅拌超声处理120min，得稳定均一的纤维素、氧化石墨烯混合溶液；
（2）将步骤（1）所得纤维素、氧化石墨烯混合溶液，在45℃水浴、搅拌速度为700rpm、功率为15W下，进行加热机械搅拌发泡40min后，再以20℃/min的速度，密封升温至80℃的同时，减压至常压，得含有气泡的凝胶；
（3）将步骤（2）所得含有气泡的凝胶倒入模具中，在常压下，-196℃液氮冷却50min后，在-50℃下，冷冻干燥24h，得纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶。
如图4所示，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的孔径分布均匀，孔洞排列整齐，具有联通孔结构，有明显的石墨烯片状结构。
如图2所示，说明本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶在制备过程中，氧化石墨烯得到了一定程度还原，具有石墨烯的物化性质，包含有比较多的碳碳双键，并表现出一定的导电性和高的比表面积。
经检测，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的吸附-脱附曲线同样存在滞回环；本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为12μm，比表面积为98m2/g，说明其具备比较好的吸附能力，具有在吸附方面的应用潜力。
经万能电子试验机检测，将体积30*30*50mm的本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶压缩70%体积后可回弹至原体积，说明其具备较好的压缩回弹能力。
经分析天平和游标卡尺检测，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为0.1g/cm3。
经紫外-可见分光光度仪检测，对本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶进行加热碳化后，对水溶液中亚甲基蓝的吸附量为245mg/g。
一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶实施例3
所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶由甲基纤维素（M450）和单层氧化石墨烯以质量比1:2均匀复合的多孔材料；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为5μm；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的比表面积为35m2/g；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的能压缩80%体积后回弹至原体积；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为0.5 g/cm3。
一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法实施例3
（1）将1.0g甲基纤维素（M450）和2.0g单层氧化石墨烯混合后，加入25mL水中，在300rpm的搅拌速度下，以6℃/min的速度液下搅拌升温至45℃后，在45℃水浴、搅拌速度为300rpm，频率为50kHz、功率为80W下，加热液下搅拌超声处理90min，得稳定均一的纤维素、氧化石墨烯混合溶液；
（2）将步骤（1）所得纤维素、氧化石墨烯混合溶液，在40℃水浴、搅拌速度为500rpm、功率为15W下，进行加热机械搅拌发泡50min后，再以20℃/min的速度，密封升温至70℃的同时，加压至0.2MPa，得含有气泡的凝胶；
（3）将步骤（2）所得含有气泡的凝胶倒入模具中，在常压下，-196℃液氮冷却40min后，在-55℃下，冷冻干燥18h，得纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶。
如图5所示，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的孔径分布均匀，孔洞排列整齐，具有联通孔结构，有明显的石墨烯片状结构。
经检测，说明本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶在制备过程中，氧化石墨烯得到了一定程度还原，具有石墨烯的物化性质，包含有比较多的碳碳双键，并表现出一定的导电性和高的比表面积。
经检测，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的吸附-脱附曲线同样存在滞回环，说明存在比较多的化学吸附；本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为5μm，比表面积为35m2/g，说明其具备比较好的吸附能力，具有在吸附方面的应用潜力。
经万能电子试验机，将体积30*30*50mm的本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶压缩80%体积后可回弹至原体积，说明其具备较好的压缩回弹能力。
经分析天平和游标卡尺检测，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为0.5g/cm3。
经紫外-可见分光光度计检测，对本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶进行加热碳化后，对水溶液中亚甲基蓝的吸附量为274mg/g。
一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶实施例4
所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶由甲基纤维素（M1000）和单层氧化石墨烯以质量比1:5均匀复合的多孔材料；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为30μm；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的比表面积为42m2/g；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶能压缩40%体积后回弹至原体积；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为0.03g/cm3。
一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法实施例4
（1）将1.0g甲基纤维素（M1000）和5.0g单层氧化石墨烯混合后，加入25mL水中，在500rpm的搅拌速度下，以10℃/min的速度液下搅拌升温至55℃后，在55℃水浴、搅拌速度为500rpm，频率为30kHz、功率为60W下，加热液下搅拌超声处理150min，得稳定均一的纤维素、氧化石墨烯混合溶液；
（2）将步骤（1）所得纤维素、氧化石墨烯混合溶液，在45℃水浴、搅拌速度为900rpm、功率为20W下，进行加热机械搅拌发泡30min后，再以10℃/min的速度，密封升温至90℃的同时，抽真空减压至0.02MPa，得含有气泡的凝胶；
（3）将步骤（2）所得含有气泡的凝胶倒入模具中，在常压下，-196℃液氮冷却60min后，在-45℃下，冷冻干燥30h，得纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶。
经检测，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的孔径分布均匀，孔洞排列整齐，具有联通孔结构，有明显的石墨烯片状结构。
经检测，说明本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶在制备过程中，氧化石墨烯得到了一定程度还原，具有石墨烯的物化性质，包含有比较多的碳碳双键，并表现出一定的导电性和高的比表面积。
经检测，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的吸附-脱附曲线同样存在滞回环；本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为30μm，比表面积为42m2/g，说明其具备比较好的吸附能力，具有在吸附方面的应用潜力。
经万能电子试验机检测，将体积30*30*50mm的本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶压缩40%体积后可回弹至原体积，说明其具备一定的压缩回弹能力。
经分析天平和游标卡尺测量，本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为0.03g/cm3。
经紫外可见分光光度计检测，对本发明实施例纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶进行加热碳化后，对水溶液中亚甲基蓝的吸附量为150mg/g。

Claims (5)

1.一种纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶，其特征在于：所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶是由纤维素和氧化石墨烯以质量比1:0.1～5.0均匀复合的多孔材料；所述纤维素的分子量为400～2000；
所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纤维素和氧化石墨烯混合后，加入水中，液下搅拌升温后，加热液下搅拌超声处理，得稳定均一的纤维素、氧化石墨烯混合溶液；所述水的用量相当于纤维素和氧化石墨烯总质量的4～30倍；所述加热液下搅拌超声处理的温度为40～55℃，搅拌的速度为100～800rpm，频率为30～60kHz，功率为60～90W，时间为60～200min；
（2）将步骤（1）所得纤维素、氧化石墨烯混合溶液，进行加热机械搅拌发泡后，在密封升温的同时，调整压力，得含有气泡的凝胶；所述加热机械搅拌发泡的温度为30～45℃，搅拌的速度为50～1500rpm，功率为5～20W，时间为30～60min；所述升温是以10～30℃/min的速度升温至60～90℃；所述调整压力至-0.08～0.20MPa；
（3）将步骤（2）所得含有气泡的凝胶倒入模具中，液氮冷却后，冷冻干燥，得纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶。
2.根据权利要求1所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶，其特征在于：所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的平均孔径为0.1～500μm；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的比表面积为10～650m2/g；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶能压缩40～90%体积后回弹至原体积；所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的密度为0.01～3.00g/cm3；所述纤维素为甲基纤维素、羧甲基纤维素或羟丙基纤维素中的一种或几种；所述氧化石墨烯为单层或多层氧化石墨烯；所述氧化石墨烯的片层厚度为0.1～3.0μm。
3.根据权利要求1或2所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶，其特征在于：步骤（1）中，所述液下搅拌升温是在搅拌速度为100～800rpm下，以2～10℃/min的速度升温至40～55℃。
4.根据权利要求1或2所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶，其特征在于：步骤（3）中，所述液氮冷却的压力为常压，温度为-196℃，时间为30～60min；所述冷冻干燥的温度为-60～-10℃，时间为6～48h。
5.根据权利要求3所述纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶，其特征在于：步骤（3）中，所述液氮冷却的压力为常压，温度为-196℃，时间为30～60min；所述冷冻干燥的温度为-60～-10℃，时间为6～48h。
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