[发明专利]磁性石墨烯基吸油泡沫材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料的制备及其应用技术领域，特别涉及一种制备具有磁性的石墨烯基吸油泡沫材料的方法。

背景技术

石墨烯，即单层石墨，是由sp²杂化碳原子相互连接构成的具有单分子层厚度的二维蜂窝状结构的新型碳材料。由于其特殊的结构，石墨烯具有众多特殊的物理性质和超乎寻常的导电、导热、光学和力学性能，在纳米电子器件、复合材料、储能、催化、传感等领域具有巨大的应用前景。

采用石墨烯为基本结构单元制备的材料（如石墨烯气凝胶、石墨烯海绵等）具有多孔、比表面积大等特点，显示了作为高效吸附剂的基本特征；该类材料具有表面易修饰等特点，通过适当的化学处理可赋予材料独特的多功能性质；此外，石墨烯材料无毒和具有化学惰性，不会造成二次污染，因此三维石墨烯材料作为一种功能型吸附材料具有良好的应用前景。

目前对于三维石墨烯材料的制备方法主要是以氧化石墨烯为前驱体，采用溶剂热法并利用石墨烯自身的π-π键叠加得到多孔石墨烯，该方法大都采用冷冻干燥方式对材料的三维结构进行保型，所得三维石墨烯结构较为脆弱、容易坍塌、重复利用性较差（Cong, et al. ACS Nano, 2012, 6, 2693; Bi, et al. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 4424; Zhao, et al. Angew Chem Int Ed, 2012, 51, 11371）。而采用化学气相沉积法（CVD）结合泡沫镍为模板能够得到结构稳定的石墨烯泡沫材料，但该方法操作复杂且价格昂贵（Chen, et al. Nat Mater, 2011, 10, 424）。

发明内容

本发明目的在于，提供一种磁性的石墨烯基吸油泡沫材料的制备方法，该方法以改进的Hummers法制备氧化石墨；将氧化石墨超声分散后得到氧化石墨烯水溶液，在该溶液中加入碳纳米管，并经抽滤成膜；通过水热还原法得到石墨烯基泡沫材料；以石墨烯基泡沫为载体，通过化学方法在其表面负载氧化铁制备磁性石墨烯基泡沫复合材料。采用本发明所述方法获得的磁性石墨烯基泡沫材料对油类以及有机溶剂具有很好的吸附性能，同时结构稳定并可采用磁分离方法实现对材料的重复使用，为石墨烯基泡沫材料在油水分离领域的应用奠定了基础。

本发明所述的一种磁性石墨烯基吸油泡沫材料的制备方法，按下列步骤进行：

a、以天然鳞片石墨或天然石墨粉为原料，利用改进的Hummers方法制备氧化石墨；

b、将步骤a中得到的氧化石墨产物超声分散到水中得到氧化石墨烯水溶液，将水溶液中加入碳纳米管，超声分散形成均一溶液后，以混合纤维素酯微孔滤膜经抽滤成膜，再经丙酮浸泡处理6-12小时，室温真空干燥12小时后得到独立的氧化石墨烯基薄膜；

c、将步骤b中得到的氧化石墨烯基薄膜通过水热法，以水合肼为还原剂，在温度80-90℃气态氛围中还原10-24小时得到石墨烯基泡沫材料；

d、将步骤c中得到的石墨烯基泡沫材料为载体，浸泡在亚铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁或氯化亚铁溶液中，以氨水调节pH至10-11，在温度80-90℃下反应6-12小时，室温真空干燥，即得到纳米氧化铁颗粒修饰的磁性石墨烯基吸油泡沫复合材料；

步骤b中氧化石墨烯水溶液浓度为1-10 mg/mL。

步骤b中氧化石墨烯基薄膜中碳纳米管的重量百分含量为5-20 %。

步骤b中氧化石墨烯基薄膜的形貌和厚度通过氧化石墨烯及碳纳米管的添加量来控制。

步骤c中水合肼与氧化石墨烯基薄膜质量比为50-200:1。

步骤d中亚铁盐与石墨烯基泡沫材料质量比为4-1500:1。

本发明所述的磁性石墨烯基吸油泡沫材料的制备方法，该方法与现有技术比较具有以下突出的优点：

（1）本发明所述方法以氧化石墨烯为前驱物，采用简单的气态还原法得到石墨烯泡沫材料，通过一步法实现了氧化石墨烯的化学还原以及材料成泡过程，方法具有操作方便、实用、高效的特点，所得石墨烯泡沫材料具有结构稳定、可多次重复使用的特点。

（2）本发明所述方法将磁性纳米颗粒引入石墨烯泡沫材料中，实现对泡沫材料的重复利用；磁性石墨烯基泡沫被吸附、收集后，其磁性特性并无变化，经适当处理后仍可多次使用。

附图说明

图1 为本发明实施例1制得的磁性石墨烯基泡沫的XRD图；

图2为本发明实施例2制得的磁性石墨烯基泡沫对于水中漂浮的润滑油（以油红标记）吸附过程图；