[发明专利]一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂及其制备方法。石墨和高锰酸钾完全反应后，将糖类粉体加入到浓硫酸中，搅拌，之后用水洗涤至中性，干燥后进行高温热处理得到。本发明得到的石墨烯/活性炭复合吸附剂由碳化的糖分子骨架和石墨烯片共同构建而成。糖被硫酸碳化后可在氧化石墨烯包覆下原位形成多孔活性炭结构，加水后硫酸遇水剧烈放热使多孔结构进一步活化，干燥后的热处理使石墨烯和活性炭中的含氧基团快速脱除，产生的气体撑开石墨烯层间结构形成微孔，活性炭骨架中的基团脱除实现造孔。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。

技术领域

本发明属于石墨烯材料领域，涉及一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。

背景技术

自从英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料以来，由于其独特的结构和光电性质，石墨烯材料受到了广泛的重视。单层石墨烯具有许多迷人的性能，例如：①高强度，杨氏模量(1,100GPa)，断裂强度(125GPa)；②高热导率(5,000W/mK)；③高导电性、高载流子传输率(200,000cm²/V·s)；④高比表面积(理论计算值：2,630m2/g)。尤其是超高的比表面积，使得其在吸附材料领域受到广泛关注。通过组装方法制备的石墨烯气凝胶具有互通的孔道结构，比表面积大，是目前石墨烯吸附材料的研究热点。但是其力学性能差，结构难保持，难以单独用作吸附材料。

活性炭是目前最常用的吸附材料，其具有发达的微孔结构，巨大的比表面积和优良的吸附性能，并且耐酸碱性好。近年来许多研究者试图将活性炭和石墨烯复合。专利201310590113.7《一种石墨烯改性活性炭的制备方法》中将石墨烯和传统木质或者秸秆活性炭相匹配，经高温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。专利201410330304.4《一种活性炭/石墨烯复合物的制备方法》将生物质、碳氮化合物和过渡金属化合物混合，高温条件下直接原位生成活性炭/石墨烯复合材料，用于电化学领域。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂，其特征在于，由活性炭和石墨烯组成，密度为0.2～0.8g/cm³，比表面积为500～2000m²/g，孔体积为0.3～2cm³/g。

一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取10～30重量份的石墨，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为10～30：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；

(2)取10～40重量份的糖类粉体与1～5重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物；

(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；

(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至800～1300℃，保温2～10h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。

进一步地，步骤(2)中所述的糖类粉体为木糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、乳糖、淀粉、纤维素中的一种或多种。