[发明专利]一种石墨烯/活性炭复合多孔微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯材料领域，涉及一种石墨烯/活性炭复合多孔微球的制备方法。

背景技术

生命健康是现代社会人们最为关注的问题之一，而形形色色的污染物无时不刻在威胁着人类生活。我们日常生活中难免会接触空气污染，包括可挥发有机气体，如苯类，醛类，酸类，醇类，醚类等等，以及目前最受关注的PM2.5，因此许多人在思考如何能避免吸入有害气体。空气净化材料是目前最常用的手段之一，通过对空气中污染物的吸附、分解，可以降低空气中污染物含量，起到净化空气的效果。其中，活性炭是研究最为广泛的材料。活性炭是以含炭量较高和空隙比较发达的物质，如煤、果壳、木材、骨、石油残渣等为原料，先经过炭化，高温活化处理而得到。其表面积越大，吸附能力就越强；活性炭是非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质；活性炭吸附剂颗粒的大小，细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。

随着2008年诺贝尔奖的颁布，“石墨烯”这个名字走进了人们的视野。作为一种厚度仅为0.34nm的二维碳材料，石墨烯展现出优异的力学性能，电学性能，热学性能和独特的电磁学性能，受到了全世界研究者的广泛关注，甚至有人提出了硅时代后是碳时代的口号。石墨烯在许多领域显示出广阔的应用前景，并已逐步走向实际应用。而在空气净化材料领域，石墨烯超高的比表面积(2600m²/g)，高的可塑性，出色的力学性能都使其展现出极大潜质。但是目前石墨烯组装而成的宏观材料面临强度不高，孔结构难保持等问题，因此将石墨烯与其他材料相结合是一条更加可行的道路。专利201310590113.7《一种石墨烯改性活性炭的制备方法》中采用简单混合将石墨烯和传统木质或者秸秆活性炭相匹配，经活化后得到石墨烯改性的活性炭，具有高比表面积，可用于电容器领域。但是简单地混合难以利用石墨烯本身高比表面积的性能，探索新的复合方法更加具有前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种石墨烯/活性炭复合多孔微球的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯/活性炭复合多孔微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)将水溶性碳水化合物加入水中，配成溶液，与氧化石墨烯水溶液混合均匀，得到复合水溶液；

(2)向步骤(1)得到的复合水溶液加入氢氧化钾，调节溶液PH至10以上，不断搅拌得到氧化石墨烯包裹碳水化合物的分散液；

(3)将步骤(2)得到的分散液进行雾化干燥，得到复合粉体；

(4)将步骤(3)得到的复合粉体进行炭化、活化、洗涤得到石墨烯/活性炭复合多孔微球。

进一步地，步骤(1)中所述的碳水化合物为蔗糖、纤维素、淀粉、壳聚糖、木糖中的一种，碳水化合物和氧化石墨烯的质量比为1～10:1。

进一步地，步骤(2)中所述的氧化石墨烯分散液中还加入氢氧化钾，氢氧化钾和氧化石墨烯的质量比为5～30:1。

进一步地，步骤(3)中所述的雾化温度为100～200℃。

进一步地，步骤(4)中所述的炭化温度为300～500℃，炭化时间为1～6h，活化温度为500～1000℃，活化时间为1～4h。

本发明的有益效果在于：本发明首先将水溶性碳水化合物和氧化石墨烯在水中混合均匀，加入氢氧化钾后体系的PH值上升，氧化石墨烯片发生部分堆叠，使得碳水化合物分子被包裹进氧化石墨烯片间，形成初步复合结构。雾化干燥后，水的脱除导致氧化石墨烯片发生褶皱，将氢氧化钾和碳水化合物分子一起包裹起来形成微球。在炭化阶段，一方面碳水化合物脱水形成碳结构，另一方面氧化石墨烯片上的基团快速脱除，产生的气体导致石墨烯片急剧膨胀，整体呈现出“爆米花”式的体积增大。在最后的活化阶段，氢氧化钾同时和碳水化合物及石墨烯反应，产生新的微孔-介孔结构，洗涤后得到了具有多级孔结构的复合微球。石墨烯片搭建形成多孔骨架，活性炭粒子存在于石墨烯片间，形成稳定结构。本发明所得多孔材料具有高比表面积、高孔隙率和低密度，稳定性好，可用于空气净化、水处理、催化载体、电化学材料等领域。

具体实施方式

制备石墨烯/活性炭复合多孔微球的方法包括如下步骤：

(1)将水溶性碳水化合物加入水中，配成溶液，与氧化石墨烯水溶液混合均匀，得到复合水溶液；所述的碳水化合物为蔗糖、纤维素、淀粉、壳聚糖、木糖中的一种，碳水化合物和氧化石墨烯的质量比为1～10:1；