[发明专利]一种石墨烯吡咯气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯吡咯气凝胶及其制备方法和应用，本方法基于石墨烯基材料化学稳定性强、耐腐蚀性好、在全波段均有光吸收的特性，并在其表面修饰光热高分子材料得到具有规则纳米孔径的石墨烯基气凝胶，在太阳光的照射下通过其表面类似黑体的特征将太阳能充分吸收并将能量转化局域到气‑液界面，同时结合焦耳热的测试手段，在减少能耗的同时来实现高效的物质分离，进而达到海水淡化的效果。本发明利用清洁可持续能源太阳能并结合焦耳热测试手段，交替不断地进行海水淡化测试，是一种能耗更低且高效的新型海水淡化方法。

技术领域

本发明涉及石墨烯吡咯气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代工业的快速发展，世界人口的不断增长，水危机已成为21世纪人类面临的重大挑战之一，反渗透(RO)是目前缓解我国缺水问题的关键技术，而膜是整个反渗透脱盐装置中最关键的组成部分在很大程度上决定了整个装置的分离性能，但是工艺能耗大，低渗透性限制了其发展。近年来利用太阳能从海水甚至工业废水中产生洁净水是解决水资源短缺的一个有前途的途径，这对于膜的性能有一定要求，耐腐蚀性强、高脱盐率、能够循环利用、低能耗，因此需要产生开发出新型的海水淡化膜材料。

CN201811474338.5公开了一种石墨烯气凝胶的制备方法，将预还原氧化石墨烯溶胶喷涂得到的样品经过冷冻干燥、热还原处理得到石墨烯气凝胶薄膜，向石墨烯气凝胶薄膜中加入纳米贵金属，制备得到用于石墨烯气凝胶。但该发明的缺点在于：1、需要采用贵金属纳米粒子，成本较高；2、制备方法复杂，具体在于喷涂、冷冻干燥、热还原处理，复合亲水性材料(海藻酸钠)、加入纳米贵金属粒子这些一系列繁琐的操作不仅耗时长，并且如果其中有一个环节出错，材料制备就会失败，导致材料制备成功率低；3、贵金属纳米粒子易团聚，导致表面等离子体共振效应无法发生。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种简易石墨烯吡咯气凝胶的制备方法，通过外场的调控(光场和电场)可以高效的用于海水淡化。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯吡咯气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

1)制备氧化石墨烯；

2)氧化石墨烯浓度调整为5-50mg/ml，然后在氧化石墨烯分散液中加入还原剂，两者的体积比为1-10:1-10，将溶液搅拌均匀后，放入150-200℃的烘箱中，水热反应1-3h制备出还原氧化石墨烯(RGO)水凝胶，将RGO水凝胶取出，水洗数次至中性后，进行冷冻干燥形成RGO气凝胶；如果水热反应低于1h，过于亲水；而高于3h，过于疏水。

3)配置0.1-5V/V％吡咯水溶液；以及制备0.5-5M盐酸过硫酸铵溶液；盐酸过硫酸铵的浓度如果低于0.5M，复合速率太慢；如果高于5M，复合聚吡咯的速度过快导致团聚；将上述得到的RGO气凝胶慢慢地浸入吡咯溶液中至完全浸透，再将浸透的RGO自然干燥；干燥后的RGO慢慢沉浸到盐酸过硫酸铵溶液中，1-5℃下聚合5-12h，如果低于5h，则复合到RGO气凝胶上面的聚吡咯不足；如果高于12h，复合的聚吡咯过多导致聚合成团；最后，将样品用去离子水洗涤，干燥即得到石墨烯聚吡咯气凝胶。和/或

4)将3)制备出的石墨烯聚吡咯气凝胶置于1％的聚四氟乙烯(PTFE)溶液中进行缓慢的疏水处理1-3小时，烘干即可得到表面呈疏水性的石墨烯聚吡咯气凝胶。

在本发明的一实施例中，步骤2)为：将制备好的氧化石墨烯以8-20mg/ml的质量浓度来进行还原氧化石墨烯水凝胶的制备，取8-20mg/ml的GO分散液5-10ml加入还原剂氨水5-10ml，将溶液搅拌均匀后倒入反应釜中，然后将反应釜放入170-190℃的烘箱中，水热反应1.5-2.5小时即制备出RGO水凝胶，将水凝胶从反应釜中取出水洗数次中性后进行冷冻干燥形成RGO气凝胶。

在本发明的一实施例中，步骤2)中所述的还原剂为氨水。

本发明还提供根据前述的制备方法制备而得的石墨烯吡咯气凝胶。