[发明专利]一种制备憎水性石墨烯海绵的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高石墨烯海绵吸附能力的方法。

背景技术

由于原油的泄漏和工业有机溶剂的污染，全球的水污染问题正变得越来越严重（M.Toyoda,M.Inagaki,Spill Sci.Technol.Bull.2007,8,467;H.M.Choi,R.M.Cloud,Environ.Sci.Technol.1992,26,772），为了解决这个问题，科学家们研制出了各种各样的吸附剂，特别是不久前我们组制备出的石墨烯海绵（H.C.Bi,X.Xie,K.B.Yin,et al.Adv.Funct.Mater.2012,22,4421），具有其它传统吸附剂各自的优点，同时又克服了它们各自的缺点(D.Bastani,A.A.Safekordi,A.Alihosseini.et al.Sep.Purif.Technol.2006,52,295;M.M.Radetic,D.M.Jocic,P.M.Jovanccic.et al.Environ.Sci.Technol.2003,37,1008)，在解除水污染问题上具有巨大的价值。但为了实现该海绵的商业化应用，进一步提高其吸附能力成为必须的选择，这样的话，就可以以更少的吸附剂吸附更多的油及有机溶剂，从而可以大幅降低成本。

发明内容

技术问题：本发明提供一种制得的海绵具有非常低的密度和优异吸附选择性的制备憎水性石墨烯海绵的方法。

技术方案：本发明制备憎水性石墨烯海绵的方法，包括以下步骤：

首先将氧化石墨加入水溶剂中，超声分散形成3mg/ml到10mg/ml的氧化石墨烯分散液，在-10℃到-176℃温度下对所述氧化石墨烯分散液进行冷冻干燥，然后对冷冻干燥后的产物进行高温还原处理，即将冷冻干燥后的产物置于氮气或氩气的保护环境中，在高温500℃到1000℃下退火后自然冷却至少5分钟，最后对高温还原所得产物进行碳颗粒修饰，即将高温还原处理后得到的产物，完全置于火焰中灼烧两到三秒，得到具有超憎水性超亲油性的石墨烯海绵。

本发明中，碳颗粒修饰中的火焰来源为以下任一物质的燃烧：蜡烛、酒精、汽油、柴油及各种烷烃类化合物。

本发明中，冷冻干燥的具体步骤为：将氧化石墨烯分散液置于容器中，然后将容器置于-10℃到-176℃的环境中进行冷冻，接着将冷冻的样品放入冷冻干燥机或能提供低压的容器中进行干燥处理。

本发明一方面利用氧化石墨烯的直接冷冻干燥加高温还原得到了超低密度的海绵；另一方面，利用烛焰燃烧对该海绵进行表面修饰，从而得到超疏水但超亲油的实用化的石墨烯海绵。冷冻干燥和碳颗粒修饰对于石墨烯海绵的吸附应用缺一不可，因为通过冷冻干燥和高温还原后得到的海绵是亲水的，也就是说该海绵没有吸附选择性，因此对于海上的原油泄漏不具有非常好的吸附能力（因为同时还吸水），不能实现除污和液液分离的目的。另外，高温还原的温度为500℃以上也是必须的，因为一般火焰的温度在500℃左右，如果还原的温度低于该温度，那么后续的火焰处理，很有可能会破坏石墨烯海绵的结构。

有益效果：本发明通过对氧化石墨的分散液直接冷冻干燥，可以得到低密度的石墨烯海绵（0.9mg/cm³），相对于传统的制备方法如水热法，还原剂还原等所得的海绵(十几mg/cm³)，密度低了很多。另外，通过对退火后的海绵进行碳颗粒修饰，赋予了其憎水亲油的特性，从而使得该海绵可以用于吸附油及有机溶剂。直接冷冻干燥完的海绵退火后是吸水的，因此从来没有人将其用于选择性吸附方面，为了达到很好的选择吸附性能，必需对退火后的海绵进行碳颗粒修饰。较低的密度赋予了该海绵巨大的吸附能力。

本发明结合冷冻干燥及碳颗粒修饰，实现了超轻海绵的制备，碳颗粒的修饰，赋予了该海绵具有疏水但亲油的特性，从而使其具有了很好的吸附选择性。超低的密度结合优秀的吸附选择性，使得该海绵在环境保护上具有了潜在的应用价值。

附图说明

图1是碳颗粒未修饰前的石墨烯海绵的扫描电镜图片。

图2是碳颗粒修饰后的石墨烯海绵的扫描电镜图片。

图3是海绵里石墨烯片上所附着碳颗粒的透射电镜显微图片。

图4是提高后的石墨烯海绵对油及有机溶剂吸附能力与以前所制备石墨烯海绵吸附能力的对比。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步具体说明。

实施例1：