[发明专利]制备氨基化碳纳米管‑石墨烯气凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明属化学合成领域，旨在发明一种简便易行、性能良好的制备氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的方法。

背景技术

现代人们平均大约有80％的时间是在室内度过，因此室内空气品质对人们的身体健康影响受到越来越多的关注。随着社会的发展，生活水平的提高，民用建筑室内装修的风格发生了变化，易于挥发甲醛气体的合成材料在室内随处可见，造成室内空气甲醛严重超标，直接危害到人们的日常生活健康。甲醛是一种具有刺激性气味的有毒气体，可通过呼吸道和皮肤进入人体。

目前对甲醛去除方法的研究中，主要有光催化法、等离子法和吸附法等。吸附法是利用多孔固体吸附剂处理气体混合物，使其中所含的一种或数种组分吸附于固体表面上，从而达到分离的目的。吸附的机理主要有物理吸附和化学吸附两种。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp₂杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。由于其具有多种优异性能，近年来获得诸多关注并在超级电容、太阳能电池、污染物吸附等方面具有宽广的应用前景。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的制备方法，通过在石墨烯片层上进行氨基基团修饰得到氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶。

为实现以上目的，采用的技术方案是：

一种制备氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)配置好分散均匀的氧化石墨烯溶液；

(2)氧化石墨烯GO溶液中加入碳纳米管CNTS粉末，GO与CNTS的质量比分别为1:0.5—1:4。搅拌均匀，得到均匀的碳纳米管复合氧化石墨烯溶液；

(3)向步骤(2)中所得的溶液加入乙二胺和氨水，搅拌均匀；

(4)将步骤(3)中的混合溶液密封，恒温加热；

(5)反应后将产物洗涤干净，冷冻干燥，得到气凝胶。冷冻干燥过程，将使得步骤(4)中得到的复合水凝胶结构保持原形貌。

具体说，制备方法如下：

(1)在烧杯中配置一定浓度的氧化石墨烯溶液，放入超声仪中以100Hz频率超声6h，使原氧化石墨在超声过程中分散为氧化石墨烯；

(2)向超声完毕的的氧化石墨烯溶液中加入一定量的碳纳米管粉末，GO与CNTS的质量比分别为1:0.5—1:4,搅拌均匀后继续放入超声仪中以100Hz频率超声3h，得到均匀的碳纳米管复合氧化石墨烯溶液；

(3)向步骤(2)中所得的溶液加入乙二胺和氨水，乙二胺与氨水的体积比为4:1(乙二胺、氨水都为分析纯)，搅拌均匀；(4)将步骤(3)中的混合溶液密封，放入恒温水浴锅中加热反应；恒温水浴锅的反应温度在70℃～90℃，反应时间不少于10h；

(5)反应后将产物用蒸馏水洗涤干净放入冷冻干燥机中冷冻干燥48h得到气凝胶。

本发明中，步骤(2)中所述加入的碳纳米管的量与氧化石墨的量之比从质量比0.5:1不断升高，制备得到的材料对气态甲醛的吸附性能也随之提高，当质量比为2:1时，制备得到的材料对气态甲醛的吸附性能最好，针对单位质量的GO穿透时间达到5950min；当质量比例为3:1时，材料对气态甲醛的吸附性能与之前相比有所下降。

本发明中，将氧化石墨在蒸馏水中配制成溶液，通过超声分散得到氧化石墨烯，工艺简便温和。

本发明中，在氧化石墨溶液中添加的碳纳米管为单壁碳纳米管，直径为2～3nm。

本发明中，乙二胺既作为氨基基团的氮源，又作为还原剂将氧化石墨烯还原为石墨烯。

本发明中，所述添加乙二胺(分析纯)和氨水(分析纯)的量对应于100mg氧化石墨分别为944.5mg(1060μl)和217.0mg(265μl)。