[发明专利]一种石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于功能复合材料技术领域，为解决碳管、纳米碳纤维作为疏水材料时自身难以吸附到聚合物泡沫表面且吸附量大的问题，本发明提供一种石墨烯带修饰聚合物基泡沫材料及其制备方法，石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料的水接触角大于等于130°，所述泡沫材料由泡沫、石墨烯带制成，泡沫的质量百分比为85‑99%，石墨烯带的质量百分比为1‑15%，制备的改性泡沫具有疏水性好、吸油率高、压缩‑回弹力学性能好、可重复使用等优点，同时制备的方法简单快速、易操作、原料价廉易得。在污水处理、油水分离等方面有着重大应用前景。

技术领域

本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯带修饰的多孔聚合物基泡沫材料及其制备方法与应用。

背景技术

低密度、高开孔率的聚合物泡沫材料因其吸油量大、吸附速率快、油与材料易回收利用受到广泛关注。但由于聚合物泡沫本身大量亲水基团的存在或者本身就是亲油亲水两亲材料，造成吸油的同时也能吸附较多水量，很难实现高效的油水分离或者油水污染处理。现有技术中，将功能化填料、小分子或者聚合物修饰到聚合物泡沫等三维载体材料的表面，已成为制备功能复合材料的一种重要途径。在疏水材料领域，涌现一系列应用此技术取得成功的案例。最热门的制备方法为通过聚合物等粘附材料将不同尺度填料（炭黑、碳管、四氧化三铁、二氧化硅等）吸附于泡沫支架表面构筑粗糙结构成功实现了聚氨酯等泡沫材料的超疏水性。但此方法存在工艺复杂（泡沫先涂覆粘附材料再吸附填料再固化或者先制备粘附材料与填料的共混物再吸附于泡沫载体上或者泡沫上先修饰一种可与填料发生化学基团结合的物质再修饰上去填料）、工艺过程中需有机溶剂、吸附量大造成泡沫质量重吸油率降低等缺陷。因此，开发一种高效简便、环保、可以保持泡沫材料轻质高吸油率的改性方法具有重大科学意义与实用价值。

发明内容

为解决碳管、纳米碳纤维作为疏水材料时自身难以吸附到聚合物泡沫表面且吸附量大的问题，本发明提供一种石墨烯带修饰聚合物基泡沫材料及其制备方法，将石墨烯带自组装到聚合物泡沫表面，制备出超疏水亲油材料，实现该材料在污水处理、油水分离方面的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：一种石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料的水接触角大于等于130°，所述泡沫材料由泡沫、石墨烯带制成，泡沫的质量百分比为85-99%，石墨烯带的质量百分比为1-15%。作为优选，泡沫材料中泡沫所占比例为92-98 wt%，石墨烯带所占的比例为2-8 wt%。

石墨烯带以碳纳米管或者纳米碳纤维为原料通过现有技术制备而得。作为优选，石墨烯带选自疏水基团改性石墨烯带。最优选，疏水基团改性石墨烯带选自硅烷偶联剂接枝改性石墨烯带。

所述的石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料的制备方法为：先配置0.5 - 2 mg/ml的氧化石墨烯带水溶液，然后将聚合物泡沫块浸泡到氧化石墨烯带水溶液中，使氧化石墨烯带吸附到泡沫支架表面，脱水干燥得到氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料，最后还原氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料，得到一种石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料。

作为优选，氧化石墨烯带水溶液的使用量为聚合物泡沫块体积的2倍以上。

作为优选，制备方法中通过采用反复挤压、抽真空脱泡、外力振荡作用将氧化石墨烯带吸附到泡沫支架表面。通过调节氧化石墨烯带的水溶液浓度和浸泡-干燥循环次数来调节氧化石墨烯带的修饰吸附量。高含量的均匀吸附的氧化石墨烯带修饰聚合物基泡沫材料最优制备条件为采用低浓度的氧化石墨烯带水溶液，重复多次浸泡-干燥制备。

作为优选，通过采用化学还原法或者热还原法还原氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料。化学还原法为：将氧化石墨烯带修饰聚合物基泡沫材料浸泡于还原剂的水溶液中还原；或者氧化石墨烯带修饰聚合物基泡沫材料置于密闭容器中，通过还原剂蒸汽还原。还原剂的水溶液还原时所采用的还原剂选自水合肼、氨水、乙二胺中的一种或者几种；蒸汽还原时所述的还原剂选自水合肼、氨水中的一种或者两者。热还原法为：加热还原氧化石墨烯带修饰聚合物基泡沫材料。