CN115532231A - 一种聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的制备方法 - Google Patents

一种聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的制备方法，包括氧化石墨烯分散液的制备；氧化石墨烯基涂层过滤材料的制备；聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯基涂层复合材料的制备。本发明成本低廉且制作工艺简单。

Description

一种聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯基材料领域，特别涉及一种聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新型二维碳纳米材料，与碳纳米管(CNTs)和富勒烯(C60)相比，石墨烯具有更大的比表面积和更高的化学稳定性。石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，而且还非常牢固坚硬，作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯凭借其优异的电学、力学和热学性质，在材料研究领域得到了广泛关注。
石墨烯基材料的应用对于处理金属，有机污染物的吸附效果好，吸附容量高。巨大的比表面积使石墨烯可作为性能优异的吸附剂吸附水中的污染物质；且具有很好的热稳定性，加入到其他材料中可以提升其他材料的热稳定性。氧化石墨烯薄膜作为可用于过滤工艺的替代品，氧化石墨烯(GO)是一种兼具亲疏水独特结构的二维双亲材料：亲水结构包括羟基，羧基和环氧基等基团，碳碳双键相互连接形成的共轭结构为疏水段。然而氧化石墨烯具有容易发生团聚的缺点，因此需要对氧化石墨烯进行改性或与其他材料复合。聚乙烯亚胺(PEI)是一种水溶性高分子聚合物，酸性条件下氮原子质子化，通过静电吸附作用可有效移除酸性废水中的阴离子污染物。利用PEI对GO进行改性，可以在GO表面引入大量的氨基活性吸附位点可以通过静电作用和π-π堆积作用进行吸附污染物，尤其会提高氧化石墨烯复合材料对废水中阴离子的吸附量。
然而，目前对于聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯材料的制备过程中多用机械搅拌且需使用多种催化剂。这导致制备工艺复杂，有着效率较低和成本高的不足之处。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的制备方法，该方法成本低廉且制作工艺简单。
本发明提供了一种聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的制备方法，包括：
(1)将氧化石墨进行分离，清洗后再分散，通过超声处理得到浓度为2-4mg/mL的氧化石墨烯分散液；
(2)采用浸涂和室温干燥法将上述氧化石墨烯分散液制备氧化石墨烯涂层过滤材料；将所述氧化石墨烯涂层过滤材料浸泡到浓度为1-3mg/mL聚乙烯亚胺PEI溶液中，通过超声处理将聚乙烯亚胺PEI嫁接到氧化石墨烯涂层过滤材料表面，最后清洗、干燥，得到聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料。
所述步骤(1)中的分离采用五循环的离心分离机，转速为7000-9000rpm，分离时间为15-25min。
所述步骤(1)中的超声功率为500～700W，超声时间为1.5～3h。
所述步骤(1)中的氧化石墨烯分散液使用的溶剂为体积比1:1的酒精和水的混合物。
所述步骤(2)中的浸涂和室温干燥法具体为：将聚丙烯熔喷无纺布或聚四氟乙烯熔喷无纺布放入氧化石墨烯分散液中3～10min，并在环境温度条件下中晾干。
所述步骤(2)中的超声功率为500～700W，超声时间为3～5h，温度为40-70℃。
所述步骤(2)中的清洗采用去离子水清洗，次数为2-3次。
所述步骤(2)中的干燥温度为40-60℃，干燥时间为10-14h。
有益效果
本发明成本低廉且制作工艺简单，制备得到的聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料有较高的比表面积，对污水中阴离子染料吸附率高，且石墨烯用量较少的特点。
附图说明
图1为实施例1制备得到的聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的照片；
图2为实施例1制备得到的聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将氧化石墨通过一个五循环的离心分离机(7000rpm,15min)进行分离、清洗后在去离子水中进行再分散。然后，通过功率为500W的超声处理，在超声时间为1.5小时的操作条件下制备得到800mL浓度为2mg/ml的氧化石墨烯分散液(使用的溶剂为体积比1:1的酒精和水的混合物)。接着，采用浸涂和室温干燥法制备了氧化石墨烯基涂层过滤材料：将一块干净的聚丙烯(PP)熔喷无纺布放入氧化石墨烯分散液中3分钟，并在环境温度条件下中晾干。另外，将该氧化石墨烯滤材浸泡到浓度为1mg/mL聚乙烯亚胺(PEI)溶液中，通过在40℃温度下超声处理3小时将聚乙烯亚胺(PEI)嫁接到氧化石墨烯过滤材料表面。经过涂层处理，将PEI修饰的氧化石墨烯过滤材料(PEI-GOF)样品用去离子水清洗2次，并在40℃下干燥10小时，得到聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料。
由图1和图2可以看到，通过将聚乙烯亚胺(PEI)嫁接到氧化石墨烯表面，可以有效抑制石墨烯层间的重叠，使制备的氧化石墨烯涂层复合材料具有较高的比表面积，从而增强了对污水中阴离子的高吸附率。
实施例2
将氧化石墨通过一个五循环的离心分离机(8000rpm,20min)进行分离、清洗后在去离子水中进行再分散。然后，通过功率为600W的超声水浴，在超声时间为2小时的操作条件下制备得到1000mL浓度为3mg/ml的氧化石墨烯分散液(使用的溶剂为体积比1:1的酒精和水的混合物)。接着，采用浸涂和室温干燥法制备了氧化石墨烯基涂层过滤材料(GOF)：将一块干净的聚四氟乙烯(PTFE)熔喷无纺布放入氧化石墨烯分散液中10分钟，并在环境温度条件下中晾干。另外，将该氧化石墨烯滤材浸泡到浓度为3mg/mL聚乙烯亚胺(PEI)溶液中，通过在60℃温度下超声处理4小时将聚乙烯亚胺(PEI)嫁接到氧化石墨烯过滤材料(GOF)表面。经过涂层处理，将PEI修饰的氧化石墨烯过滤材料(PEI-GOF)样品用去离子水清洗3次，并在50℃下干燥12小时，得到聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料。
实施例3
将氧化石墨通过一个五循环的离心分离机(9000rpm,25min)进行分离、清洗后在去离子水中进行再分散。然后，通过功率为700W的超声水浴，在超声时间为3小时的操作条件下制备得到1200mL浓度为4mg/ml的氧化石墨烯分散液(使用的溶剂为体积比1:1的酒精和水的混合物)。接着，采用浸涂和室温干燥法制备了氧化石墨烯基涂层过滤材料(GOF)：将一块干净的聚丙烯(PP)熔喷无纺布放入氧化石墨烯分散液中5分钟，并在环境温度条件下中晾干。另外，将该氧化石墨烯滤材浸泡到浓度为2mg/mL聚乙烯亚胺(PEI)溶液中，通过在70℃温度下超声处理5小时将聚乙烯亚胺(PEI)嫁接到氧化石墨烯过滤材料(GOF)表面。经过涂层处理，将PEI修饰的氧化石墨烯过滤材料(PEI-GOF)样品用去离子水清洗3次，并在50℃下干燥14小时，得到聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料。

Claims (8)

1.一种聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料的制备方法，包括：
(1)将氧化石墨进行分离，清洗后再分散，通过超声处理得到浓度为2-4mg/mL的氧化石墨烯分散液；
(2)采用浸涂和室温干燥法将上述氧化石墨烯分散液制备氧化石墨烯涂层过滤材料；将所述氧化石墨烯涂层过滤材料浸泡到浓度为1-3mg/mL聚乙烯亚胺PEI溶液中，通过超声处理将聚乙烯亚胺PEI嫁接到氧化石墨烯涂层过滤材料表面，最后清洗、干燥，得到聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯涂层复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的分离采用五循环的离心分离机，转速为7000-9000rpm，分离时间为15-25min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的超声功率为500～700W，超声时间为1.5～3h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氧化石墨烯分散液使用的溶剂为体积比1:1的酒精和水的混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的浸涂和室温干燥法具体为：将聚丙烯熔喷无纺布或聚四氟乙烯熔喷无纺布放入氧化石墨烯分散液中3～10min，并在环境温度条件下中晾干。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的超声功率为500～700W，超声时间为3～5h，温度为40-70℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的清洗采用去离子水清洗，次数为2-3次。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的干燥温度为40-60℃，干燥时间为10-14h。
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