[发明专利]一种亲疏水性可调的石墨烯/粘土复合弹性气凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种亲疏水性可调的石墨烯/粘土复合弹性气凝胶及其制备方法。该方法首先分别制备了粘土分散液和氧化石墨烯分散液，然后将粘土分散液与氧化石墨烯分散液混合均匀后加入还原剂进行反应，得到部分还原的石墨烯/粘土复合水凝胶。对部分还原的石墨烯/粘土复合水凝胶依次进行透析、冷冻干燥和热处理就得到了所述石墨烯/粘土复合弹性气凝胶。本发明原料成本低廉，制备过程绿色环保。石墨烯/粘土复合气凝胶具有低的密度和良好的回弹性，其亲疏水性可通过改变粘土的种类或含量得到调节，且粘土增强了石墨烯气凝胶基体的强度。

技术领域

本发明属于气凝胶技术领域，涉及一种亲疏水性可调的石墨烯/粘土复合弹性气凝胶及其制备方法。

背景技术

气凝胶是一种低密度、大孔体积、高比表面积的多孔固态材料，被广泛应用于环境保护、高效催化、超级电容器等多个领域。伴随石墨烯研究的兴起，研究者可以通过各种方法将二维石墨烯片组装成三维石墨烯气凝胶。常用的方法是先用改进的Hummers法将石墨氧化剥离成氧化石墨烯，氧化石墨烯在还原剂或高温高压的作用下可以实现还原并组装成三维石墨烯网络，然后干燥就可以得到石墨烯气凝胶。由于还原过程中氧化石墨烯上的含氧基团显著减少，使得石墨烯气凝胶自身具有较强的疏水性，对有机污染物具有良好的吸附性能。近年来，一些研究者通过改进制备方法或选用合适的还原剂制备出了弹性石墨烯气凝胶，例如，Qiu等用多步法制备的超轻弹性石墨烯气凝胶在80％的压缩率下可以反复压缩而不会发生永久形变[L.Qiu,Z.Liu,L.Y.Chang,Y.Z.Wu,D.Li.Nature Communications,2012,3,1241]。这类弹性石墨烯气凝胶具有一定的强度，在吸附并挤压出有机溶剂后，再次浸入到溶剂中仍能回复到原来的状态，实现了材料对溶剂的重复吸收，拓展了石墨烯气凝胶在污染处理方面的应用。

然而，石墨烯气凝胶自身较强的疏水性不利于其对水性污染物的吸附。复合亲水性物质有望调节石墨烯气凝胶的亲疏水性，使其满足对污染物中不同种类溶剂的吸附。目前有关亲疏水性可调的石墨烯复合气凝胶的报道较少。Wang等直接冷冻干燥两亲性细菌纤维素和亲水性氧化石墨烯的混合分散液，得到的细菌纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶对有机溶剂和水都有良好吸附性，对细菌纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶进行热处理后得到的细菌纤维素/石墨烯复合气凝胶则只对有机溶剂具有良好的吸附性(Yonggui Wang,Sandeep Yadav,Thorsten Heinlein,Valentino Konjik,HergenBreitzke,GerdBuntkowsky,J.Schneider,Kai Zhang.RSC Advances,2014,4,21553-21558)，且该文献中没有提及复合气凝胶对溶剂的重复吸收性能。Liu等将亲水性二氧化钛负载到石墨烯气凝胶基体中，通过调节二氧化钛的含量使复合气凝胶的水接触角在0～157度范围内可调(Wenjun Liu,JingyuCai,ZhengxinDing,Zhaohui Li.Applied Catalysis B:Environmental,2015,174–175,421-426)。另外，这种石墨烯/二氧化钛复合气凝胶中吸附的亲油溶剂十八烯酸或水性染料甲基橙经辐照处理4～8小时后可以降解，从而实现了复合气凝胶的重复利用，但辐照处理去除溶剂的成本高，时间很长。因此，制备具有良好回弹性且亲疏水性可调的石墨烯复合气凝胶是有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种亲疏水性可调的石墨烯/粘土复合弹性气凝胶及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种亲疏水性可调的石墨烯/粘土复合弹性气凝胶，所述气凝胶以石墨烯气凝胶为基体，亲水粘土为分散相。

其中，所述亲水粘土附着在石墨烯气凝胶的泡孔壁表面。

其中，所述气凝胶的密度为2～20mg cm^-3，孔径为10～100μm，水静态接触角为50°～120°。