CN114133583B - 一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114133583B
CN114133583B CN202111521201.2A CN202111521201A CN114133583B CN 114133583 B CN114133583 B CN 114133583B CN 202111521201 A CN202111521201 A CN 202111521201A CN 114133583 B CN114133583 B CN 114133583B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene oxide
triblock polymer
reduced graphene
composite material
present
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.)
Active
Application number
CN202111521201.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114133583A (zh
Inventor
朱海光
刘勇
袁勋
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.)
Qingdao University of Science and Technology
Original Assignee
Qingdao University of Science and Technology
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 Qingdao University of Science and Technology filed Critical Qingdao University of Science and Technology
Priority to CN202111521201.2A priority Critical patent/CN114133583B/zh
Publication of CN114133583A publication Critical patent/CN114133583A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114133583B publication Critical patent/CN114133583B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G83/00—Macromolecular compounds not provided for in groups C08G2/00 - C08G81/00
    • C08G83/001—Macromolecular compounds containing organic and inorganic sequences, e.g. organic polymers grafted onto silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/38—Polymerisation using regulators, e.g. chain terminating agents, e.g. telomerisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F293/00—Macromolecular compounds obtained by polymerisation on to a macromolecule having groups capable of inducing the formation of new polymer chains bound exclusively at one or both ends of the starting macromolecule
    • C08F293/005—Macromolecular compounds obtained by polymerisation on to a macromolecule having groups capable of inducing the formation of new polymer chains bound exclusively at one or both ends of the starting macromolecule using free radical "living" or "controlled" polymerisation, e.g. using a complexing agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2438/00—Living radical polymerisation
    • C08F2438/03—Use of a di- or tri-thiocarbonylthio compound, e.g. di- or tri-thioester, di- or tri-thiocarbamate, or a xanthate as chain transfer agent, e.g . Reversible Addition Fragmentation chain Transfer [RAFT] or Macromolecular Design via Interchange of Xanthates [MADIX]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Polyethers (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用，属于智能材料技术领域，本发明在N‑异丙基丙烯酰胺上接枝疏水聚合物，将空气中的水汽反弹到N‑异丙基丙烯酰胺或者将其吸收的雾水滑动到N‑异丙基丙烯酰胺上，从而加快雾水的吸附，同时降低N‑异丙基丙烯酰胺的低临界溶解温度，减弱N‑异丙基丙烯酰胺聚合物的交联程度，增加体积收缩比，从而有利于提高雾水的脱附效率；还原氧化石墨烯具有光热转化性能，能够将太阳能转换成热能，使复合材料周围的温度快速升高，为聚合物进行相转换提供驱动力，进一步提高其对雾水的吸附和脱附效率。

Description

一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方 法和应用
技术领域
本发明涉及智能材料技术领域，尤其涉及一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
中国是全球缺水最严重的国家之一，2017年我国人均水量仅为全球平均水平的三分之一，水资源短缺的问题已经严重制约我国经济的发展。令人高兴的是，在我国上空可开发雾水的资源每年达2800亿吨，相当于7个三峡水库的总量。因此，人们把目光聚焦到空中，希望将空气的雾水转换成可直接利用的水资源，这样不仅能够充分的利用我国上空的雾水资源，还能有效的缓解因水资源短缺制约我国经济发展的困境。因此，开发和利用雾水资源，利国利民。
目前，采集湿气或雾水的常规方法是将周围空气冷却到露点以下，然后收集凝结水。但是，由于在冷凝过程中，大量的能量被用来驱动冷凝器和克服潜热，从而增加了成本，能耗较高，减弱了其实际意义；或者采用雾水收集结构，如公开号为CN11232100A的发明专利中采用雾水收集单元，雾水收集单元上表面边缘为仿仙人掌刺的尖端结构且中间为仿铁兰叶气孔周围毛状体特殊凹陷结构，使雾水收集单元表面呈润湿梯度结构，从而实现雾水收集，但是此种材料制备工艺复杂、雾水吸附速率慢、脱附效果差。
因此，亟需提供一种提高雾水收集效率的材料，以解决我国所面临的严峻的水资源短缺的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的复合材料具有较高的雾水吸附和脱附效率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将双羟基封端聚二甲基硅氧烷与脱水剂、4-氰基戊酸二硫代苯甲酸、催化剂和溶剂混合，进行第一接枝反应，得到大分子链转移剂；
(2)将所述步骤(1)得到的大分子链转移剂与引发剂、N-异丙基丙烯酰胺和溶剂混合，进行聚合反应，得到中间体；
(3)将所述步骤(2)得到的中间体与还原剂、二甲基苯基磷和溶剂混合，进行还原反应，得到三嵌段聚合物；
(4)将所述步骤(3)得到的三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯和溶剂混合，进行第二接枝反应，得到三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。
优选地，所述步骤(1)中双羟基封端聚二甲基硅氧烷与4-氰基戊酸二硫代苯甲酸的物质的量之比为(3～5)：1。
优选地，所述步骤(2)中大分子链转移剂与N-异丙基丙烯酰胺的物质的量之比为1：(5～7)。
优选地，所述步骤(2)中聚合反应的温度为50～70℃，聚合反应的时间为8～12h。
优选地，所述步骤(3)中中间体与还原剂的物质的量之比为1：(9～11)。
优选地，所述步骤(3)中还原剂与二甲基苯基磷的物质的量之比为(4～6)：1。
优选地，所述步骤(4)中三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的质量比为(0.5～2)：1。
优选地，所述步骤(4)中第二接枝反应的温度为20～30℃，第二接枝反应的时间为10～14h。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。
本发明还提供了上述技术方案所述三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料在雾水收集中的应用。
本发明提供了一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将双羟基封端聚二甲基硅氧烷与脱水剂、4-氰基戊酸二硫代苯甲酸、催化剂和溶剂混合，进行第一接枝反应，得到大分子链转移剂；(2)将所述步骤(1)得到的大分子链转移剂与引发剂、N-异丙基丙烯酰胺和溶剂混合，进行聚合反应，得到中间体；(3)将所述步骤(2)得到的中间体与还原剂、二甲基苯基磷和溶剂混合，进行还原反应，得到三嵌段聚合物；(4)将所述步骤(3)得到的三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯和溶剂混合，进行第二接枝反应，得到三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。本发明在N-异丙基丙烯酰胺上接枝疏水聚合物双羟基封端聚二甲基硅氧烷，利用疏水聚合物表面能小、粘附力弱的特性，可以将空气中的水汽反弹到N-异丙基丙烯酰胺或者将其吸收的雾水滑动到N-异丙基丙烯酰胺上，从而加快雾水的吸附，同时疏水聚合物可以降低N-异丙基丙烯酰胺的低临界溶解温度，减弱N-异丙基丙烯酰胺聚合物的交联程度，增加体积收缩比，从而有利于提高雾水的脱附效率；将三嵌段聚合物接枝聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯，聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯具有优异的光热转化特性，能够将太阳能转换成热能，使聚合物周围的温度快速升高，为聚合物进行相转换提供驱动力，进一步提高其对雾水的吸附和脱附效率。实施例的结果显示，本发明制备的复合材料在24h达到吸水饱和，在太阳光照射下迅速达到释水状态，在1h内释放掉所有吸收的水，循环10次后仍具有优异的吸水、脱水稳定性。
附图说明
图1为本发明应用例制备的雾水收集材料在湿度为85％时的水蒸气吸附曲线；
图2为本发明应用例制备的雾水收集材料吸附24h后在1.0kW/m2光照下的解吸曲线；
图3为本发明应用例制备的雾水收集材料的吸附-解吸循环曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将双羟基封端聚二甲基硅氧烷与脱水剂、4-氰基戊酸二硫代苯甲酸、催化剂和溶剂混合，进行第一接枝反应，得到大分子链转移剂；
(2)将所述步骤(1)得到的大分子链转移剂与引发剂、N-异丙基丙烯酰胺和溶剂混合，进行聚合反应，得到中间体；
(3)将所述步骤(2)得到的中间体与还原剂、二甲基苯基磷和溶剂混合，进行还原反应，得到三嵌段聚合物；
(4)将所述步骤(3)得到的三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯和溶剂混合，进行第二接枝反应，得到三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。
如无特殊说明，本发明对所述各组分的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明将双羟基封端聚二甲基硅氧烷与脱水剂、4-氰基戊酸二硫代苯甲酸、催化剂和溶剂混合，进行第一接枝反应，得到大分子链转移剂。
在本发明中，所述双羟基封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量优选为4000～6000，更优选为5000。本发明将双羟基封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量限定在上述范围内，能够使得体系具有较为适宜的粘度，有利于反应的进行，同时调节产物的结构，进一步提高复合材料对雾水的吸附和解吸效率。在本发明中，所述双羟基封端聚二甲基硅氧烷作为疏水聚合物，利用其表面能小、粘附力弱的特性，可以将空气中的水汽反弹到N-异丙基丙烯酰胺或者将其吸收的雾水滑动到N-异丙基丙烯酰胺上，从而加快雾水的吸附，同时还可以降低N-异丙基丙烯酰胺的低临界溶解温度，减弱N-异丙基丙烯酰胺聚合物的交联程度，增加体积收缩比，从而有利于提高雾水的脱附效率。
在本发明中，所述脱水剂优选包括二环己基碳二亚胺、二异丙基碳二亚胺或1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐。在本发明中，所述脱水剂用于接枝反应过程中脱水，有利于接枝反应的进行。
在本发明中，所述双羟基封端聚二甲基硅氧烷与脱水剂的物质的量之比优选为(3～4)：1，更优选为(3.2～3.8):1。本发明将双羟基封端聚二甲基硅氧烷与脱水剂的物质的量之比限定在上述范围内，能够将反应过程中的水较为完全的脱除。
在本发明中，所述双羟基封端聚二甲基硅氧烷与4-氰基戊酸二硫代苯甲酸的物质的量之比优选为(3～5)：1，更优选为4：1。在本发明中，所述4-氰基戊酸二硫代苯甲酸与双羟基封端聚二甲基硅氧烷反应生成大分子链转移剂，用于后续聚合反应的进行。本发明将双羟基封端聚二甲基硅氧烷与4-氰基戊酸二硫代苯甲酸的物质的量之比限定在上述范围内，能够使接枝反应充分进行。
在本发明中，所述催化剂优选包括4-二甲氨基吡啶或2-甲基咪唑。在本发明中，所述催化剂用于催化接枝反应的进行。在本发明中，所述双羟基封端聚二甲基硅氧烷与催化剂的物质的量之比优选为(9～11)：1，更优选为10:1。本发明将双羟基封端聚二甲基硅氧烷与催化剂的物质的量之比限定在上述范围内，更有利于接枝反应的进行。
在本发明中，所述溶剂优选包括无水二氯甲烷或无水四氢呋喃。在本发明中，所述双羟基封端聚二甲基硅氧烷的物质的量与溶剂的体积比优选为1mol:(1～5)mL，更优选为1mol:(2～3)mL。本发明将双羟基封端聚二甲基硅氧烷的物质的量与溶剂的体积比限定在上述范围内，能够使各组分溶解的更加充分。
在本发明中，所述双羟基封端聚二甲基硅氧烷与脱水剂、4-氰基戊酸二硫代苯甲酸、催化剂和溶剂的混合优选为：首先将双羟基封端聚二甲基硅氧烷、脱水剂、4-氰基戊酸二硫代苯甲酸和催化剂混合，进行干燥，然后加入溶剂。
在本发明中，所述干燥优选为真空干燥；所述干燥的真空度优选为-0.08～-0.09MPa，更优选为-0.085MPa；所述干燥的温度优选为25～35℃，更优选为30℃；所述干燥的时间优选为10～14h，更优选为12h。在本发明中，所述干燥能够将各原料中的水分充分去除，更有利于接枝反应的进行。
在本发明中，所述第一接枝反应的温度优选为40～60℃，更优选为50℃；所述第一接枝反应的时间优选为20～28h，更优选为24h。在本发明中，所述第一接枝反应优选在油浴条件下进行。在本发明中，所述第一接枝反应优选在氮气气氛下进行。在本发明中，所述氮气气氛隔绝空气中的氧，更有利于接枝反应的进行。本发明将第一接枝反应的温度和时间限定在上述范围内，能够使接枝反应更加充分的进行。在本发明中，所述第一接枝过程中，双羟基封端聚二甲基硅氧烷与4-氰基戊酸二硫代苯甲酸发生接枝反应，生成大分子链转移剂CTA-PDMS-CTA。
第一接枝反应完成后，本发明优选将所述第一接枝反应的产物依次进行冷却、过滤、过柱、旋蒸、洗涤和干燥，得到大分子链转移剂。
本发明对所述冷却、过滤、过柱、旋蒸、洗涤和干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的冷却、过滤、过柱、旋蒸、洗涤和干燥的技术方案即可。
得到大分子链转移剂后，本发明将所述大分子链转移剂与引发剂、N-异丙基丙烯酰胺和溶剂混合，进行聚合反应，得到中间体。
在本发明中，所述引发剂优选包括偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。在本发明中，所述大分子链转移剂与引发剂的物质的量之比优选为(4～6)：1，更优选为5:1。本发明将大分子链转移剂与引发剂的物质的量之比限定在上述范围内，能够使得聚合反应充分进行。
在本发明中，所述大分子链转移剂与N-异丙基丙烯酰胺的物质的量之比优选为1：(5～7)，更优选为1:6。在本发明中，所述N-异丙基丙烯酰胺作为亲水物质，用于吸附雾水。本发明将大分子链转移剂与N-异丙基丙烯酰胺的物质的量之比限定在上述范围内，能够使得聚合反应充分进行。
在本发明中，所述溶剂优选包括三氟甲苯或环己酮。在本发明中，所述大分子链转移剂的物质的量与溶剂的体积比优选为(4～6)mol：1mL，更优选为5mol：1mL。本发明将大分子链转移剂的物质的量与溶剂的体积比限定在上述范围内，能够使得各组分溶解的更加充分。
本发明对所述大分子链转移剂与引发剂、N-异丙基丙烯酰胺和溶剂的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的物料混合的技术方案即可。
在本发明中，所述聚合反应的温度优选为50～70℃，更优选为65℃；所述聚合反应的时间优选为8～12h，更优选为10h。本发明将聚合反应的温度和时间限定在上述范围内，能够使聚合反应更加充分的进行。
在本发明中，所述聚合反应优选在Schlenk管中进行；所述Schlenk管优选进行三次充气放气，彻底脱氧。在本发明中，所述充气放气能够避免空气中的氧对聚合反应产生阻聚作用。在本发明中，所述聚合反应过程中，N-异丙基丙烯酰胺在大分子链转移剂两端进行聚合反应，得到中间体PDMS-b-(PNIPAM)2。
聚合反应完成后，本发明优选将所述聚合反应的产物重复进行稀释和甲醇沉淀，然后干燥，得到中间体。
在本发明中，所述稀释的试剂优选为聚合反应的溶剂。本发明对所述稀释剂的用量没有特殊的要求，能够将聚合反应的产物充分溶解即可。
在本发明中，所述甲醇沉淀过程中，甲醇的用量没有特殊的限定，能够保证使聚合产物充分沉淀即可。
本发明对所述重复的次数没有特殊的限定，能够保证产物充分纯化即可。
在本发明中，所述干燥优选为真空干燥；所述干燥的真空度优选为-0.08～-0.09MPa，更优选为-0.085MPa；所述干燥的温度优选为25～35℃，更优选为30℃；所述干燥的时间优选为10～14h，更优选为12h。
得到中间体后，本发明将所述中间体与还原剂、二甲基苯基磷和溶剂混合，进行还原反应，得到三嵌段聚合物。
在本发明中，所述还原剂优选包括联氨或氨水。在本发明中，所述中间体与还原剂的物质的量之比为优选为1：(9～11)，更优选为1:10。在本发明中，所述还原剂用于将中间体两端的硫酯基还原为巯基。本发明将中间体与还原剂的物质的量之比限定在上述范围内，能够将硫酯基充分还原。
在本发明中，所述二甲基苯基磷用于促进还原剂分解，充分发挥还原作用。在本发明中，所述还原剂与二甲基苯基磷的物质的量之比优选为(4～6)：1，更优选为5:1。本发明将还原剂与二甲基苯基磷的物质的量之比限定在上述范围内，能够使还原剂充分分解发挥还原作用。
在本发明中，所述溶剂优选为四氢呋喃或三氟甲苯。在本发明中，所述中间体的物质的量与溶剂的体积比优选为1mol:(25～35)mL，更优选为1mol:30mL。本发明将中间体的物质的量与溶剂的体积比限定在上述范围内，能够使各组分更加充分的溶解。
本发明对所述中间体与还原剂、二甲基苯基磷和溶剂的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的物料混合的技术方案即可。
在本发明中，所述还原反应的温度优选为20～30℃，更优选为25℃；所述还原反应的时间优选为3～8h，更优选为5～6h。在本发明中，所述还原反应优选在氮气条件下进行。本发明将还原反应的温度和时间限定在上述范围内，能够使还原反应充分进行。
还原反应完成后，本发明优选将所述还原反应的产物依次进行甲醇沉淀和干燥，得到三嵌段聚合物PDMS-b-(PNIPAM-SH)2。
本发明对所述甲醇的用量没有特殊的限定，能够充分沉淀还原反应的产物即可。
在本发明中，所述干燥优选为真空干燥；所述干燥的真空度优选为-0.08～-0.09MPa，更优选为-0.085MPa；所述干燥的温度优选为25～35℃，更优选为30℃；所述干燥的时间优选为10～14h，更优选为12h。
本发明优选将所述三嵌段聚合物溶解在超纯水中保存。本发明对所述超纯水的用量没有特殊的限定，能够溶解三嵌段聚合物即可。
得到三嵌段聚合物后，本发明将所述三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯和溶剂混合，进行第二接枝反应，得到三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。
在本发明中，所述聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的制备方法优选为：将30g氧化石墨烯溶解于30mL超纯水中，360W超声1h，得到氧化石墨烯悬浮液；取30g多巴胺溶解于30mLpH值为8.5的Tris-HCl(浓度为10mmol/L)的缓冲溶液中，360W超声1h，再与氧化石墨烯悬浮液混合，室温搅拌48h，然后1000rpm离心10min，超纯水洗涤后60℃干燥，得到聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯。
在本发明中，所述三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的质量比优选为(0.5～2)：1，更优选为1:1。在本发明中，所述聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯具有优异的光热转化特性，能够将太阳能转换成热能，使聚合物周围的温度快速升高，为聚合物进行相转换提供驱动力，进一步提高其对雾水的吸附和脱附效率。本发明将三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的质量比限定在上述范围内，能够更加充分的将太阳能转化成热能，进一步提高对雾水的吸附和脱附效率。
在本发明中，所述溶剂优选为乙酸乙酯。在本发明中，所述三嵌段聚合物的质量与溶剂的体积比优选为1g：(3～5)mL，更优选为1g:4mL。本发明将三嵌段聚合物的质量与溶剂的体积比限定在上述范围内，能够使各组分溶解的更加充分。
本发明对所述三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯和溶剂的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的物料混合的技术方案即可。
在本发明中，所述第二接枝反应的温度优选为20～30℃，更优选为25℃；所述第二接枝反应的时间优选为10～14h，更优选为12h；所述第二接枝反应的pH值优选为7～8，更优选为8.5。本发明优选加入碱调节体系的pH值。本发明对所述碱的浓度和用量没有特殊的限定，能够保证体系的pH值在上述范围内即可。在本发明中，所述第二接枝反应过程中，三嵌段聚合物和聚多巴胺反应，得到三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。
第二接枝反应完成后，本发明优选将所述第二接枝反应的产物依次进行洗涤和干燥，得到三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。
本发明对所述洗涤和干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的洗涤和干燥的技术方案即可。
本发明控制各组分的用量、反应温度和时间等工艺参数，调节复合材料的结构，进一步提高复合材料对雾水的吸附和脱附效率。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。
本发明提供的复合材料对雾水具有优异的吸附和脱附效率。
本发明还提供了上述技术方案所述三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料在雾水收集中的应用。
本发明优选将三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料负载到泡沫板表面，再进行雾水收集。
在本发明中，所述将三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料负载到泡沫板表面的方法优选为：将泡沫板浸泡在三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料中，然后进行加热。
在本发明中，所述三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料和泡沫板的质量比优选为1：(4～6)，更优选为1:5。本发明将三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料和泡沫板的质量比限定在上述范围内，能够使复合材料更加均匀的负载到泡沫板表面。
在本发明中，所述加热的温度优选为80～100℃，更优选为90℃；所述加热的时间优选为5～7h，更优选为6h。在本发明中，所述加热过程中，复合材料中的还原氧化石墨烯和泡沫板通过范德华力相互作用，在泡沫板表面进行自组装。本发明将加热的温度和时间限定在上述范围内，能够使复合材料更加充分的负载到泡沫板表面。
本发明对所述雾水收集的操作没有特殊的限定，将负载复合材料后的泡沫板放入雾水环境中即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将20mol双羟基封端聚二甲基硅氧烷(平均分子量5000)，6mol二环己基碳二亚胺、2mol 4-二甲氨基吡啶、5mol 4-氰基戊酸二硫代苯甲酸于250mL两颈圆底烧瓶中(双羟基封端聚二甲基硅氧烷与二环己基碳二亚胺的物质的量之比为3.3:1，双羟基封端聚二甲基硅氧烷与4-二甲氨基吡啶的物质的量之比为10:1，双羟基封端聚二甲基硅氧烷与4-氰基戊酸二硫代苯甲酸的物质的量之比为4:1)，真空度-0.085MPa，30℃干燥12h，加入50mL无水二氯甲烷(双羟基封端聚二甲基硅氧烷的物质的量与无水二氯甲烷的体积比为1mol：2.5mL)，充入氮气，50℃油浴回流24h，反应结束后冷却到室温、通过布赫漏斗过滤，并通过二氯甲烷硅胶柱，然后25℃旋蒸二氯甲烷，用甲醇洗涤3次，40℃干燥12h，得到红色的油状大分子链转移剂；
(2)将1mol偶氮二异丁腈、30molN-异丙基丙烯酰胺、5mol步骤(1)得到的大分子链转移剂溶解于1mL三氟甲苯中(大分子链转移剂与偶氮二异丁腈的物质的量之比为5:1，大分子链转移剂与N-异丙基丙烯酰胺的物质的量之比为1:6，大分子链转移剂的物质的量与三氟甲苯的体积比为5mol：1mL)，放置于25mL的Schlenk管中，连续三次充气放气彻底脱氧，随后将管放入65℃油浴中反应10h，反应结束后用三氟甲苯稀释反应物，并倒入过量的甲醇中沉淀聚合物产物，经过5次循环溶解和沉淀后，-0.085MPa，30℃真空干燥12h，得到中间体；
(3)将1mol步骤(2)得到的中间体、10mol联氨、2mol二甲基苯基磷分散于30mL四氢呋喃中(中间体与联氨的物质的量之比为1:10，联氨与二甲基苯基磷的物质的量之比为5:1，中间体的物质的量与四氢呋喃的体积比为1mol：30mL)，氮气保护下室温搅拌5h，红色的溶液变得无色，随后将其沉淀到甲醇中，-0.085MPa，30℃真空干燥12h，得到三嵌段聚合物；
(4)将30g氧化石墨烯溶解于30mL超纯水中，360W超声1h，得到氧化石墨烯悬浮液；取30g多巴胺溶解于30mLpH值为8.5的Tris-HCl(浓度为10mmol/L)的缓冲溶液中，360W超声1h，再与氧化石墨烯悬浮液混合，室温搅拌48h，然后1000rpm离心10min，超纯水洗涤后60℃干燥，得到聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯；
(5)将5g步骤(3)得到的三嵌段聚合物和5g步骤(4)得到的聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯(三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的质量比为1:1)放入20mL乙酸乙酯(三嵌段聚合物的质量与乙酸乙酯的体积比为1g：4mL)中，加入氢氧化钠调节体系pH值为8.5，25℃反应12h，乙酸乙酯洗涤3次后，30℃干燥12h，得到三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。
应用例
将5g三聚氰胺泡沫板浸泡在1g实施例1制备的三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料中(三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料与三聚氰胺泡沫板的质量比为1:5)，90℃反应6h，得到雾水收集材料。
将应用例的雾水收集材料在湿度为85％的水蒸气中进行吸附实验，得到吸附曲线，结果如图1所示，其中右上角为实验过程中收集到的水的照片。从图1中可以看出，本发明制备的材料在24h左右达到吸水饱和，具有良好的吸水性。
将吸水24h后的材料在1.0kW/m2光照下进行解吸，结果如图2所示。从图2中可以看出，在光照条件下，吸水后的材料迅速达到释水状态，在1h内释放掉所有吸收的水，具有优异的解吸效率。
将应用例的雾水收集材料按上述条件进行吸附-解吸循环测试10次，结果如图3所示。从图3中可以看出，经10个循环以后材料仍然保持着优良的循环稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (8)

1.一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料在雾水收集中的应用；
所述三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将双羟基封端聚二甲基硅氧烷与脱水剂、4-氰基戊酸二硫代苯甲酸、催化剂和溶剂混合，进行第一接枝反应，得到大分子链转移剂；
(2)将所述步骤(1)得到的大分子链转移剂与引发剂、N-异丙基丙烯酰胺和溶剂混合，进行聚合反应，得到中间体；
(3)将所述步骤(2)得到的中间体与还原剂、二甲基苯基磷和溶剂混合，进行还原反应，得到三嵌段聚合物；
(4)将所述步骤(3)得到的三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯和溶剂混合，进行第二接枝反应，得到三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(1)中双羟基封端聚二甲基硅氧烷与4-氰基戊酸二硫代苯甲酸的物质的量之比为(3～5)：1。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(2)中大分子链转移剂与N-异丙基丙烯酰胺的物质的量之比为1：(5～7)。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(2)中聚合反应的温度为50～70℃，聚合反应的时间为8～12h。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(3)中中间体与还原剂的物质的量之比为1：(9～11)。
6.根据权利要求1或5所述的应用，其特征在于，所述步骤(3)中还原剂与二甲基苯基磷的物质的量之比为(4～6)：1。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(4)中三嵌段聚合物与聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的质量比为(0.5～2)：1。
8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(4)中第二接枝反应的温度为20～30℃，第二接枝反应的时间为10～14h。
CN202111521201.2A 2021-12-13 2021-12-13 一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用 Active CN114133583B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111521201.2A CN114133583B (zh) 2021-12-13 2021-12-13 一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111521201.2A CN114133583B (zh) 2021-12-13 2021-12-13 一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114133583A CN114133583A (zh) 2022-03-04
CN114133583B true CN114133583B (zh) 2023-03-17

Family

ID=80382239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111521201.2A Active CN114133583B (zh) 2021-12-13 2021-12-13 一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114133583B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114715971A (zh) * 2022-04-19 2022-07-08 浙江大学 一种太阳能驱动的界面污水处理器的制备方法及应用
CN115196780B (zh) * 2022-06-09 2023-04-04 山鹰国际控股股份公司 一种制浆造纸废水的处理工艺

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2889194A1 (fr) * 2005-07-27 2007-02-02 Rhodia Chimie Sa Copolymere a blocs comprenant un bloc lcst presentant une temperature inferieur critique de solubilite, formulations comprenant le copolymere et utilisation pour vectoriser un ingredient actif
CN103739859B (zh) * 2013-12-31 2015-10-28 东华大学 一种两亲性共聚网络的制备方法
CN106581674A (zh) * 2016-11-08 2017-04-26 国家纳米科学中心 一种多功能纳米载药系统及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114133583A (zh) 2022-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114133583B (zh) 一种三嵌段聚合物接枝还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN103709340B (zh) 粉末活性炭表面接枝聚(n-异丙基丙烯酰胺)的方法
CN103724668A (zh) 一种蒽醌功能化纤维素膜及其制备方法
CN105413664B (zh) 一种改性超高分子量聚乙烯纤维、其制备方法及应用
CN105413660A (zh) 一种基于纳米二氧化硅结构的高吸附重金属离子螯合剂及其制备方法
CN104923176B (zh) 一种树枝状高密度固态胺纤维材料及其制备方法
CN104140487A (zh) 一种制备雌二醇分子印迹磁性微球的方法
CN114196066B (zh) 一种热响应型智能海绵及其制备方法和应用
CN109967049A (zh) 一种铀吸附剂及其制备方法
CN104497175A (zh) 一种松香基atrp引发剂及其制备方法和应用
CN104292496A (zh) 一种木质素基接枝改性多孔吸附材料及其制备方法
CN108126676A (zh) 一种用于油气处理的空心微球的制备方法
CN111808247A (zh) 基于分子刷的tempo纳米反应器的制备及其用途
CN103159891A (zh) 一种磁性胺基修饰超高交联树脂及其制备方法
CN109225324A (zh) 固载l-脯氨酸温度响应性核壳微凝胶及其制备和应用
CN106111093A (zh) 一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法
CN108384043A (zh) 一种表面分子印迹聚合物材料
CN105061657A (zh) 新型纳米孔有机骨架固体碱材料、制备方法及其应用
CN108380191A (zh) 一种亲水性活性炭的制备方法
CN105294957A (zh) 一种基于木质素制备高醛基含量高分子微球的方法
CN104667888A (zh) 一种光敏聚合物修饰的吸附材料及其制备方法和用途
CN103599759A (zh) 一种选择性分离水环境中环丙沙星的新型吸附剂的制备方法
CN105056906A (zh) 一种萘夫西林分子印迹吸附剂的制备方法
CN110256624A (zh) 一种超高交联树脂及其在吸附分离5-羟甲基糠醛中的应用
CN102068960B (zh) 吸附氮氧化物蜂窝活性炭吸附剂的再生方法

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