[发明专利]一种纤维素-石墨烯多孔复合气凝胶及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种纤维素‑石墨烯多孔复合气凝胶及其制备方法。在制备产品时，按重量份数计，依次取80‑100份纤维素，0.5‑1.5份粒径分布范围为5‑20nm的氧化石墨烯，2‑5份粒径分布范围为100‑500nm的还原石墨烯；先将纤维素溶解于离子液体中，以得到纤维素的离子液体溶液；再向纤维素的离子液体溶液中加入氧化石墨烯和还原石墨烯，超声分散均匀后，利用去离子水透析，以除去离子液体，得复合水凝胶；将所得复合水凝胶冷冻干燥，即得产品。本发明所得产品中，石墨烯材料分散均匀，且可以通过较少的添加量，达到较优的增强效果。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域。更具体地，涉及一种纤维素-石墨烯多孔复合气凝胶及其制备方法。

背景技术

纤维素气凝胶是以纤维素为基体制备的一种新型高分子材料。作为一种生物质基气凝胶材料,纤维素气凝胶具备传统气凝胶材料高比面积和高孔隙率的特性,同时也有其自身的特殊优势,如优异的生物相容性和可降解性。这些优势使纤维素气凝胶在增强、吸附材料领域有很广阔的研究价值和应用前景。纯纤维素气凝胶由于纤维素分子链间氢键结合,机械交织作用力使得其孔隙率无法进一步提高,受到外部压力时内部微孔结构容易被破坏,出现应力硬化现象。因此,将纤维素与具有特殊性质的材料复合,可以增强纤维素气凝胶的力学性能,也可以赋予其新的功能,例如选择性吸附的纤维素超轻材料。

石墨烯是一种单层石墨材料,石墨烯材料的晶格是由碳原子构成的二维蜂巢结构,具有超强的机械性能,并且特殊的单层结构使得石墨烯具有独特的物理和化学性能。

目前,国内外学者利用不同的纤维素以及纤维素衍生物材料,在不同的体系中制备了纤维素/石墨烯复合气凝胶、水凝胶、薄膜,并且应用于导电、吸附、增强等功能材料。目前,纤维素/石墨烯复合功能材料的开发应用仍存在物理强度弱,石墨烯分散不均匀的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有纤维素-石墨烯复合功能材料在实际制备过程中，由于石墨烯无法在基体中均匀分布，导致产品整体物理强度无法进一步提升的缺陷和不足，提供一种纤维素-石墨烯多孔复合气凝胶及其制备方法。

本发明的目的是提供一种纤维素-石墨烯多孔复合气凝胶。

本发明另一目的是提供一种纤维素-石墨烯多孔复合气凝胶的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种纤维素-石墨烯多孔复合气凝胶，包括以下重量份数的原料组成：

80-100份纤维素，0.5-1.5份粒径分布范围为5-20nm的氧化石墨烯，2-5份粒径分布范围为100-500nm的还原石墨烯；

至少部分所述纤维素和至少部分所述氧化石墨烯嵌入所述还原石墨烯的相邻片层结构之间，以形成夹心结构。

上述技术方案通过在纤维素气凝胶基体中，引入小粒径的氧化石墨烯和相对大粒径的还原石墨烯，其中，还原石墨烯自身分子结构中羟基和羧基数量相对较少，而氧化石墨烯中上述基团相对较多，而又因为石墨烯自身共轭区可受π-π堆积作用力影响，由此，小粒径的氧化石墨烯受大粒径还原石墨烯的π-π堆积作用力影响而在还原石墨烯层与层之间分散，纤维素表面的羟基则与氧化石墨烯表面的羟基和羧基形成氢键，如此，可以借用大粒径的还原石墨烯构建连续的片层结构，利用小粒径的氧化石墨烯和纤维素之间的相互作用将相邻大片层还原石墨烯连接，从而形成三维连续网状结构，由此，既解决了利用了不同大小，及不同性质的氧化石墨烯和还原石墨烯，解决了氧化石墨烯在基体中的分散问题，同时兼顾了产品的力学性能。

进一步地，所述纤维素分子结构中，包含醛基官能团。

通过在纤维素分子结构中引入醛基官能团，利用醛基官能团的活性，与体系中羟基发生一定概率的羟醛缩合反应，从而形成化学键合，进一步提升气凝胶产品的内聚强度，保障产品结构稳定性。