[发明专利]一种可再生的超疏水石墨烯基吸油海绵的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可再生的超疏水石墨烯基吸油海绵的制备方法，属于功能性材料和油水分离领域。

背景技术

随着石油化工行业的快速发展，石油开采、炼制、油品运输等过程产生的大量油类泄漏以及工业有机溶剂污染对水生态环境造成了严重的破坏。传统的吸油材料要么吸附能力低、选择性差，要么制备工艺复杂，价格昂贵，无法满足大规模废油回收和环境治理的需要。因此，开发清洁、经济、高效、可循环使用的吸油材料成为近期研究热点。

近年来，研究人员利用石墨烯比表面积大、疏水性强的优良特性，将其应用在油类及有机污染物吸附领域，开发了许多具有高吸油量的石墨烯基材料，包括海绵状石墨烯(Spongy graphene)、石墨烯基海绵(Graphene based sponge)和碳气凝胶(Carbon aerogels)等。这些三维多孔海绵具有很高吸附能力和选择性，但其孔隙结构不稳定，容易被损坏，且制备成本较高、反应条件苛刻，限制了其在油水分离领域的应用。多孔聚合物海绵强度大、弹性好、孔隙度高、密度低、价格低廉，是制备吸油材料的良好基体。然而，这类海绵通常具有亲水性，无法实现油水分离。目前，以多孔聚合物海绵作为基底材料，利用石墨烯涂层的特殊表面性质，对其表面进行疏水改性，制得疏水亲油的石墨烯基吸油海绵是一大研究方向。但当前的石墨烯基吸油海绵存在机械强度较弱、吸附能力较低、油水分离性能较差、再生能力有限以及石墨烯涂层易脱落等问题；此外，在石墨烯还原过程中常用到水合肼、乙二胺等有毒还原剂，不仅工艺繁琐，且危害环境。

申请号为CN 102500133 A的发明专利公开了一种石墨烯海绵的应用方法，合成的石墨烯海绵可用于吸附有机溶剂或油脂。该石墨烯海绵通过自组装反应制得，虽对油类和有机溶剂具有良好的吸附效果，但海绵强度不足，挤压过程中易破坏海绵结构，只能采用低压蒸馏、萃取、或者高温蒸馏的方法，将有机溶剂或者油脂从石墨烯海绵中清除或回收利用。

申请号为CN 103342827 A的发明专利公开了一种疏水亲油性聚氨酯海绵的制备方法，先利用鳞片石墨制备膨胀石墨，将膨胀石墨于浓硝酸中回流36h，并于氨水/乙醇混合溶液中超声处理3h，再将所得物质在乙醇溶液中超声90min，得到少层石墨烯纳米片层。最后将聚氨酯海绵浸入石墨烯乙醇溶液中，烘干后得到疏水亲油海绵。该海绵吸水倍率和吸油倍率分别达0.04和43倍，疏水和吸油效果较好。但该专利既没有通过测试海绵的水接触角大小来直观表达海绵的疏水效果，也没有考察海绵的再生性能。

申请号为CN 104338519 A的发明专利公开了一种改性石墨烯负载聚氨酯海绵及其制备方法，将经硅烷偶联剂改性的石墨烯涂层负载到聚氨酯海绵上，海绵由亲水变成了超疏水(接触角为161°)，吸油能力增强，对柴油的饱和吸附量达到37.89g，但仍处于较低水平。

申请号为CN 105754144 A的发明专利公开了一种超疏水还原氧化石墨烯/海绵复合材料及其制备方法，以乙二胺为还原剂，在微波-超声波反应器中将氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯，并在空穴等声波作用下将还原氧化石墨烯分散并附着到商品海绵上，得到具有超疏水性的还原氧化石墨烯/海绵复合材料。该发明操作简单，所得海绵亲油疏水性能较好，但选用具有强碱性和腐蚀性的乙二胺来还原氧化石墨烯，对环境有一定危害；该专利也没有考察海绵的再生性能。

发明专利内容

本发明的目的在于提供一种超疏水石墨烯基吸油海绵的制备方法，所得的石墨烯基海绵能够有效地吸附水体中的油类及有机溶剂，具有机械柔韧性好、再生能力强、工艺简单、环境友好且成本低廉的优点。

一种可再生的超疏水石墨烯基吸油海绵的制备方法，具体是按如下步骤进行的：

(1)将洁净三聚氰胺海绵浸入氧化石墨烯悬浮液中，超声分散，使氧化石墨烯均匀地附着在三聚氰胺海绵上；

(2)将步骤(1)所得海绵取出，挤干残余液体后放入真空干燥箱进行热还原反应；

(3)将步骤(2)所得海绵浸入硅烷偶联剂的乙醇稀释液，浸渍反应一段时间后取出海绵，待液体不再流淌后放入真空干燥箱烘干即得目标产品。

所述的洁净三聚氰胺海绵通过乙醇和纯水依次进行超声润洗，然后置于50～80℃真空干燥箱干燥至恒重得到。

所述的氧化石墨烯悬浮液通过改进的Hummer’s法制备得到；所述的氧化石墨烯悬浮液浓度为2～4mg/L。

所述的三聚氰胺海绵浸没于氧化石墨烯悬浮液中所需超声分散时间为30～60min，超声频率为25～80kHz，超声功率为50～200W。