[发明专利]一种可直接高温烘烤和重复使用的石墨烯海绵及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种可直接高温烘烤和重复使用的石墨烯海绵及其制备方法和应用，所述可直接高温烘烤和重复使用的石墨烯海绵的制备方法，包括：（1）向氧化石墨烯水溶液中依次加入还原剂和硅源，得到混合溶液，所述硅源为与水发生溶解或水解反应形成硅醇的硅源；（2）将所得混合溶液在80～95℃下保温4～12小时，得到石墨烯水凝胶；（3）将所得石墨烯水凝胶先置于醇水溶液中渗析后，再经冷冻干燥，得到所述石墨烯海绵。

技术领域

本发明涉及一种可直接高温烘烤和重复使用的石墨烯海绵及其制备方法和应用，属于石墨烯海绵的制备工艺和应用领域。

背景技术

车内空气污染已经被列为威胁人类健康的十大因素之一。据统计，车内含有高达一百多种挥发性气体。因车内空间小，环境封闭，有害气体浓度是家居和办公室中的5-10倍。特别是阳光暴晒后，车内更是秒变“毒气室”。随着汽车的普及，车内空气净化已经成为亟待解决的关键问题。

车内空气污染是由于车内不通风、车体装修等原因造成的。此外，发动机排出的气体污染物也会使车内空气质量下降。其中甲醛、苯、二甲苯等有毒气体污染后果最为严重。特别是阳光暴晒后，车内更是秒变“毒气室”。2012年9月，一份“健康汽车检测报告”表明11款主流车型可能存在致癌风险，长安、奇瑞、上海通用、华晨等企业榜上有名，而致癌源来自车内空气中含有的致癌物。央视2013年也曾曝光过奔驰、宝马、奥迪等豪华车使用致癌物沥青作为车身阻尼材料，长时间驾乘有可能诱发癌症。对于长途旅行或者经常驾车者，车内空气质量与车外相比要差很多。汽车已经成为我们移动的“家”，车内空气质量和大家的身心健康息息相关，因此，开展车内空气净化迫在眉睫。

石墨烯比表面积大，化学活性高，而且性能稳定，可以重复使用，是车内空气净化的理想材料。将石墨烯制备成海绵状气凝胶，可以保留了石墨烯丰富的孔结构和优异的吸附性能，并且赋其像海绵一样的压缩和回弹性能，进而石墨烯气凝胶的重复使用性能、可操作性和可回收性能。但是石墨烯抗氧化性能相对有限，直接高温烘烤重复使用存在困难。

发明内容

针对目前石墨烯海绵重复使用且高温烘烤性能不佳存在的问题，本发明提供了一种低成本、易操作、可有效提升石墨烯海绵抗高温烘烤的改性方法，具体为采用表面改性的方法来提升其抗高温烘烤能力。

一方面，本发明提供了一种可直接高温烘烤和重复使用的石墨烯海绵的制备方法，包括：

(1)向氧化石墨烯水溶液中依次加入还原剂和硅源，得到混合溶液，所述硅源为与水发生溶解或水解反应形成硅醇的硅源；

(2)将所得混合溶液在80～95℃下保温4～12小时，得到石墨烯水凝胶；

(3)将所得石墨烯水凝胶先置于醇水溶液中渗析后，再经冷冻干燥，得到所述石墨烯海绵。

在本公开中，在氧化石墨烯水溶液中依次加入还原剂和选用与水发生溶解或水解反应形成硅醇的硅源作为改性剂。其中，改性剂在氧化石墨烯水溶液中溶解/水解与缩合形成硅醇，然后在80～95℃下保温4～12小时，促使硅醇与氧化石墨烯表面的含氧官能团基团(主要是羟基)进行缩合反应，缩合后脱去一个水分子，形成C-O-Si键，从而在对氧化石墨烯还原的同时实现表面进行改性，即在多孔结构的石墨烯表面形成一层阻隔氧化反应的多孔保护层，但是并不会对石墨烯的吸附性能产生影响。本发明中，上述方法在相对较低的温度下进行，改性剂可有效改善石墨烯表面的化学状态，减少石墨烯和空气中氧气的直接接触，大大提升其抗氧化能力。

较佳的，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1～10mg/mL。

较佳的，所述硅源选自正硅酸乙酯、硅酸钠、硅酸钾、聚二甲基硅氧烷、硅烷偶联剂、硅倍半氧烷中的至少一种。

较佳的，所述还原剂为乙二胺EDA、抗坏血酸、聚乙烯亚胺、聚醚胺、水合肼中的至少一种；所述还原剂和氧化石墨烯的质量比为1：(5～10)。