[发明专利]一种利用离子液体制备氧化石墨烯/碳纳米管/纤维素复合凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维素复合凝胶的制备方法。

背景技术

凝胶是高分子链间以化学键或物理作用力形成的具有交联结构的溶胀体，有复杂的空间网络结构。凝胶对外界条件的刺激能产生相应的体积相变，有良好的生物相容性，在工业生物化学医药等领域有许多用途。水凝胶是指能够吸收并保持大量水分而又不溶于水的交联聚合物，具有三维网络结构的功能高分子材料。三维网络结构是由高分子链的交联所形成的，交联一般是通过形成共价键、氛键、范德华力、物理缠绕等所得到的。由于水凝胶中含水量高，柔软度与生物组织比较相似，因而具有很好的生物相容性，在药物控制释放、生物传感器、药物制造等方面有很好的应用。

纤维素(cellulose)是地球上最丰富的天然高分子资源，木材、亚麻、棉花等的主要成分都是纤维素.它是植物细胞壁的主要成分，是构成植物的骨架。纤维素是无色、无味具有纤维状结构的多糖，分子式可以用(C₆H₁₀O₅)_n(n为聚合度)来表示，组成纤维素的基本结构单元是葡萄糖。它具有可降解、可再生，无污染、生物相容性好、物理化学性质稳定等特点，将它功能化或改性后可以用于纺织品、高吸水性材料、吸油剂、重金属吸附剂、催化剂载体和生物医用材料等领域。而且纤维素形式的生物质能也将作为日后重要的清洁能源。纤维素中每个单元上含有3个羟基，纤维素内和纤维素与纤维素之间存在大量氢键，使得纤维素易于形成凝胶。专利号为201110274091.4的中国专利公开了一种制备纤维素复合气凝胶的方法，先将纤维素溶解于碱性溶剂中，随后在此溶液体系中分散碳基改性材料(碳纳米管、氧化石墨水烯或还原氧化石墨烯)，再通过凝胶化、溶剂交换、干燥过程得到纤维素复合气凝胶。这种复合凝胶中存在来自于溶剂的污染,而且在溶剂交换过程在凝胶易变形。

发明内容

本发明是要解决现有方法得到的复合凝胶中存在来自于溶剂的污染，而且在溶剂交换过程在凝胶易变形的技术问题，而提供一种利用离子液体制备氧化石墨烯/碳纳米管/纤维素复合凝胶的方法。

本发明的利用离子液体制备氧化石墨烯/碳纳米管/纤维素复合凝胶的方法按以下步骤进行：

一、称取重量份数0.5～10份的纤维素加入到重量份数100份的离子液体中，在油浴锅中70～100℃下搅拌溶解8～12h，得到纤维素溶液；

二、将氧化石墨烯和碳纳米管分别加入溶剂中，超声处理使其分散均匀，得到氧化石墨烯分散液和碳纳米管分散液；

三、将氧化石墨烯分散液和碳纳米管分散液加入到步骤一制备的纤维素溶液中，在80～100℃的条件下搅拌12～24h，得到纤维素混合液；

四、将步骤三得到的纤维素混合液倒入模具中，静置降温后，将模具连同其中的纤维素混合液浸没于去离子水槽中浸泡6～12h置换以去除离子液体，更换水槽中去离子水重复置换3～5次，得到凝胶；

五、将步骤四所得的凝胶置于冷冻干燥机中干燥，得到氧化石墨烯/碳纳米管/纤维素复合凝胶。

本发明以离子液体为溶剂，先将纤维素溶解，通过向纤维素离子液体混合液中加入氧化石墨烯和碳纳米管的分散液来获得氧化石墨烯/碳纳米管/纤维素离子液体溶液，将所得溶液浸入水槽成型即得复合凝胶。在保持纤维素，氧化石墨烯和碳纳米管的量不变的情况下，通过改变加入氧化石墨烯和碳纳米管的分散液中有机溶剂的体积可以改变凝胶体积，从而改变凝胶的强度，韧性等性能，同时通过改变氧化石墨烯和碳纳米管的含量，进而改变复合凝胶的导电性能等。

本发明所制备的复合凝胶兼具有纤维素，氧化石墨烯，碳纳米管三者的优良性能，如纤维素易于形成凝胶，环保性能；氧化石墨烯，碳纳米管有力学增强性能和超强的磁电功能。

本发明的对设备要求低，仅需要加热且无需高温。生产所需时间较短，溶剂为离子液体，相对于其他纤维素溶解体系可回收再利用，溶剂损耗小，无污染，无毒害。纤维素在离子液体中更易于与氧化石墨烯、碳纳米管产生相互键合作用，使凝胶强度提高，而且离子液体粘度大，在进行溶剂交换时形状不易变化，对于不规则形状的凝胶的制备有着极大的优势。该制备方法工艺流程简单，原料来源广，效率高，产品具有优良的电学性能，机械性能，稳定性好，且对环境无污染，在电学应用广泛，可做传感器、电磁屏蔽材料、化学修饰电极，超级电容器等。

附图说明

图1是实施例1步骤一中的α-纤维素的X射线衍射光谱图实施例1的纤维素的X射线衍射光谱图(XRD)；

图2是实施例1中步骤二中的氧化石墨烯的X射线衍射光谱图；