CN108129903A - 一种抗雾霾涂料用气凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗雾霾涂料用气凝胶及其制备方法，属于涂层新材料技术领域。本发明抗雾霾涂料用气凝胶的制备步骤为：首先制备纳米Ag‑炭微球，然后将其与AgNO3溶液混合，经过搅拌、离心分离、冲洗和超声分散，得均匀纳米Ag‑炭微球；随后将氧化石墨烯悬浮液加入到纳米Ag‑炭微球溶液中，加入5～10％wt半胱氨酸，搅拌得到水凝胶混合物；最后将水凝胶混合物置于75‑85℃热油中8‑10h，冲洗，采用冷冻干燥法后处理，即得到石墨烯/Ag‑炭微球气凝胶。本发明制备所得气凝胶具有超高的VOCs吸附性能和自我降解能力，将其作为添加剂添加到涂料中可以有效提高其抗雾霾效果。
Description
技术领域
本发明属于涂层新材料技术领域，更具体地说，涉及一种抗雾霾涂料用气凝胶及其制备方法。
背景技术
随着我国国民经济持续增长及人民生活水平的不断提高，环保已成为一种人们追求健康绿色生活的主旋律。而随着人们对户内外装修的涂料要求越来越高，更多的人在选择功能性涂料的过程中，着重考虑抗雾霾环保型涂料，越来越多的人追求“亲近自然、大森林般的清新空气”，因此，研究和开发具有抗雾霾功效的涂料具有重要的意义。
石墨烯，是人类已知最薄最强的材料，包含单层碳原子，这些原子连接成蜂巢状排列，石墨烯的厚度仅为一个碳原子直径大小，碳原子直径D＝0.14nm。实验上制备的石墨烯片层受制备方法及条件的限制，无法制备面积无限大的二维石墨烯片层。目前实验上制备的最大石墨烯片层为曼彻斯特大学的Geim领导的研究小组，通过机械剥离方法制备的石墨烯，其最大宽度可达10μm。即使是当前实验室制备的石墨烯片大小，也比其他大多数物质的比表面积都要高很多，因此石墨烯在改性涂料上的应用受到了国内外研究者的广泛关注。
目前，石墨烯涂料在韩国、欧美等发达国家已实现了产业化，但并不多，国内主要以常州第六元素科技有限公司等企业共同研发的以石墨烯为主体的烯锌型风电设备防护重防腐涂料，已经实现了产业化，同时关于石墨烯改性涂料的专利报道也已有较多公开。如，中国专利201610813904.5公开了一种石墨烯导电防腐涂料，该涂料是以水性环氧树脂、钾水玻璃为成膜物质，以石氧化墨烯和二氧化锡纳米颗粒为主要填料的有机-无机复合底漆。该申请案有效提高了涂层的导电性及硬度，且防腐性能好，适用于各类金属管道和金属构件的防腐涂覆。又如，中国专利201510208892.9公开了一种石墨烯改性的导热涂料，该申请案通过在涂料中加入石墨烯使得涂层对底材接触更加紧密，同时可有效提高涂层的耐摩擦性和导热性。
但目前石墨烯改性涂料主要集中在防腐、导电涂料等应用领域，而在抗雾霾环保领域的产业化研究和应用还比较少。随着日趋严重的雾霾污染，PM2.5空气污染物是雾霾的主要成分之一，这已经对人类赖以生存的环境提出了严峻挑战，而作为PM2.5的祸首挥发性有机化合物(VOCs)成为世界公认的主要空气污染物之一。因此，研发具有VOCs高吸附量的石墨烯基涂料具有重要环保意义和广阔的应用前景。
经检索，关于将石墨烯在防雾霾方面的应用已有相关专利公开。
如，中国专利201410722672.3公开了一种石墨烯基防雾霾口罩滤材及其制备方法，该申请案是在氧化石墨烯水溶液中加入抗坏血酸等交联剂，通过水热反应使石墨烯片层自组装从而获得多孔的海绵状的三维石墨。又如，中国专利201410219506.1公开了一种防雾霾口罩用滤材组合物，该组合物由以下重量份数的组份构成，肉桂醛二乙缩醛4-6份，纳米级托玛琳9-11份，活性炭纤维55-65份，稻草颗粒15-25份，纳米银0.9-1.1份，石墨烯0.9-1.1份，干燥剂1.5-2.5份。上述两申请案在一定程度上均能够提高防雾霾口罩的过滤性能，但其应用范围有限，且其抗雾霾性能有待进一步提高。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有涂料的抗雾霾性能相对较差的不足，提供了一种抗雾霾涂料用气凝胶及其制备方法。采用本发明的方法制备所得石墨烯/Ag-炭微球气凝胶具有超高的VOCs吸附性能和自我降解能力，将其添加到涂料中可以有效改善涂料的抗雾霾效果。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
其一，本发明的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、纳米Ag-炭微球的制备
向质量浓度为0.3～0.5％wt的炭微球悬浮液中加入AgNO3溶液得到混合溶液，将所得混合溶液分别进行磁力搅拌、离心分离、冲洗和超声分散处理，即得均匀纳米Ag-炭微球；
步骤二、石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的制备
将氧化石墨烯悬浮液加入到纳米Ag-炭微球溶液中混合均匀，然后加入半胱氨酸进行搅拌，得到水凝胶混合物；将水凝胶混合物置于75-85℃热油中8-10h，随后冲洗去除3D结构，采用冷冻干燥法处理块状的水凝胶，即得到石墨烯/Ag-炭微球气凝胶。
更进一步的，所述步骤一中的炭微球为中空结构，其比表面积为1800～2200g/m2。
更进一步的，所述步骤一中炭微球-AgNO3混合溶液中Ag+的浓度为1～1.5mol/L，所得纳米Ag-炭微球中纳米银离子的尺寸为50～200nm。
更进一步的，所述步骤一中将炭微球-AgNO3混合溶液采用180～220rpm磁力转子搅拌20～24h后，以2800～3000rpm的转速离心分离10～15min以去除多余的银离子，然后对所得纳米Ag-炭微球采用蒸馏水和酒精进行冲洗，再次采用超声波分散45～60min，即得到均匀纳米Ag-炭微球。
更进一步的，所述步骤一中炭微球的制备方法如下：
(1)将纤维素按照5～8g/100ml的量均匀分散在去离子水中，然后置于水热反应釜内于200～220℃下恒定保温6～8h后自然冷却至室温；
(2)将水热反应釜中下层的物质进行抽滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤，然后置于100～110℃下烘干10～12h；
(3)将步骤(2)所得烘干后的物质与KOH溶液按照浸渍比KOH/C＝1.3～1.5放入坩埚中，然后置于微波炉中进行活化处理，并通入氮气，微波功率为600～800W，活化时间为8～11min；
(4)将所得活化产物添加稀HCl至中性，然后置于100～110℃下进行干燥处理，即得比表面积为1800～2200g/m2的炭微球。
更进一步的，所述步骤二中半胱氨酸的添加量为纳米Ag-炭微球溶液总量的5～10％。
更进一步的，所述步骤二中所用氧化石墨烯悬浮液中氧化石墨烯的浓度为3～5mg/ml。
本发明的一种抗雾霾涂料用气凝胶，采用上述方法制备得到。
更进一步的，该气凝胶为圆筒形多分支的复杂三维网络结构，其内部含有大量的微孔结构。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，将氧化石墨烯与纳米Ag-炭微球进行复合，从而制备得到石墨烯/Ag-炭微球气凝胶，所得气凝胶具有超高VOCs吸附性能和自我降解的能力，从而能够作为添加剂有效提高涂料的抗雾霾能力。
(2)本发明的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，其中空炭微球的制备技术具有操作简单、无污染和原料来源丰富等特点，可一步反应完全，且制备所得炭微球的比表面积较大，进一步保证了所得气凝胶的吸附性能。
(3)本发明的一种抗雾霾涂料用气凝胶，该气凝胶为圆筒形多分支的三维网络结构，内部含有丰富的微孔结构，因而其比表面积和孔体积率比一般材料要高很多，对有机溶剂和有机物质，特别是对VOCs具有超强的吸附能力，因此其添加到涂料中可以显著改善涂料的抗雾霾性能，从而解决了现有户内外装修涂料抗雾霾性能较差的问题。
(4)本发明的一种抗雾霾涂料用气凝胶，将其添加到涂料中，与现有产品相比，涂料吸附性能提高2倍，黏度高达40000或以上CPS(mPa·s)，附着力好，性能稳定，寿命长；同时其经济环保，低成本低，具备很强的竞争优势，具有巨大应用前景。
附图说明
图1为本发明所得炭微球的扫描图片；
图2为本发明所得氧化石墨烯的扫描图片；
图3为本发明的石墨烯/Ag-炭微球气凝胶复合抗雾霾涂料的制备工艺示意图；
图4为本发明的石墨烯/Ag-炭微球气凝胶复合抗雾霾涂料的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
由于抗雾霾涂料市场巨大，室内和室外应用广泛，且随着国家政策对环保要求越来越高，将来对于VOCs的控制越来越严格，因此研究开发新的抗雾霾涂料具有重要的意义。石墨烯，是人类已知最薄最强的材料，包含单层碳原子，这些原子连接成蜂巢状排列，其比表面积高达2630m2/g，且拥有丰富的中孔结构，使其在涂料中均匀分散后，较薄的涂层即可形成大面积的保护层，最关键的是负载了石墨烯的涂料具有强大的吸附性能。然而，众所周知，理想石墨烯是完美的二维网状结构，其对分子的吸附一般为较弱的物理吸附。为了实现石墨烯基材料对气体分子优异的吸附性能，本发明通过将具有表面光滑、均质和高吸附性能的中空结构炭微球与石墨烯进行复合，由于氧化石墨烯的插层，可在炭微球与石墨烯单层交界面上产生分散力，从而保证涂料具有较高的吸附性能。同时，本发明所得石墨烯气凝胶同时具备了石墨烯和气凝胶的特性，具有较高的多孔率、超轻的密度、高的机械强度，以及很好的热导率和电导率。此外，本发明通过在炭微球表面先负载纳米银离子，再与石墨烯完美复合，从而能够达到催化分解雾霾的效果。
虽然国外已经有石墨烯/炭微球气凝胶的研发报道，国内也有石墨烯/炭微球复合材料的相关专利公开，如中国专利201310235331.9公开了一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法，该申请案以水溶性淀粉和氧化石墨为原料，先后经淀粉水解，超声分散氧化石墨，两步升温合成炭微球，再经炭化活化，制得电化学性能优异的石墨烯/炭微球复合材料。但现有石墨烯/炭微球复合材料的制备主要是为了提高炭微球的电化学性能，而不能有效应用到抗雾霾涂料中。本发明采用高吸附量的炭微球与氧化石墨烯自组装形成石墨烯/炭微球气凝胶，并添加纳米银离子使其具有催化杀菌作用，同时发明人还通过大量实验对各组分的添加量及具体制备工艺参数进行优化设计，从而可以制备得到低成本且具有优异吸附VOCs性能的石墨烯/炭微球气凝胶，将该气凝胶用作添加剂可以显著提高涂料的抗雾霾性能。
具体的，本发明的一种抗雾霾涂料用气凝胶，由以下步骤制备得到：
步骤一、纳米Ag-炭微球的制备
向质量浓度为0.3～0.5％wt的炭微球悬浮液中加入AgNO3溶液得到混合溶液，混合溶液中Ag+的浓度为1～1.5mol/L，将所得炭微球-AgNO3混合溶液采用180～220rpm磁力转子搅拌20～24h后，以2800～3000rpm的转速离心分离10～15min以去除多余的银离子，然后对所得纳米Ag-炭微球采用蒸馏水和酒精进行冲洗，再次采用超声波分散45～60min，即得到均匀纳米Ag-炭微球。所述炭微球为中空结构，其比表面积为1800～2200g/m2，所得纳米Ag-炭微球中纳米银离子的尺寸为50～200nm。本发明中炭微球的制备方法如下：
(1)将纤维素按照5～8g/100ml的量均匀分散在去离子水中，然后置于水热反应釜内于200～220℃下恒定保温6～8h后自然冷却至室温；
(2)将水热反应釜中下层的物质进行抽滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤，然后置于100～110℃下烘干10～12h；
(3)将步骤(2)所得烘干后的物质与KOH溶液按照浸渍比KOH/C＝1.3～1.5放入坩埚中，然后置于微波炉中进行活化处理，并通入氮气，微波功率为600～800W，活化时间为8～11min；
(4)将所得活化产物添加稀HCl至中性，然后置于100～110℃下进行干燥处理，即得比表面积为1800～2200g/m2的炭微球。
步骤二、石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的制备
将6～10ml氧化石墨烯悬浮液(氧化石墨烯的浓度为3～5mg/ml)加入到纳米Ag-炭微球溶液中混合均匀，然后加入纳米Ag-炭微球溶液总量5～10％的半胱氨酸进行搅拌，得到水凝胶混合物；将水凝胶混合物置于75-85℃热油中8-10h，随后冲洗去除3D结构，采用冷冻干燥法处理块状的水凝胶，即得到石墨烯/Ag-炭微球气凝胶。所得石墨烯/Ag-炭微球气凝胶为圆筒形多分支的复杂网络结构，内部含有数量众多的孔洞，因而其比表面积和孔体积率比一般材料要高很多，对有机溶剂和有机物质，特别是对VOCs具有超强的吸附能力，因此其添加可以显著改善涂料的抗雾霾性能，从而解决了现有户内外装修涂料抗雾霾性能较差的问题上述氧化石墨烯可以市购获得，也可以按照以下方法制备获得：
(1)将10～15g天然石墨、230～250ml浓H2SO4及5～10g NaNO3粉末混合后置于冰水浴中，于3～4℃以下搅拌0.5h，并在搅拌过程中分次加入3～5g KMnO4共3g，加入完毕后，保温反应1.5～2h，完成低温反应；(2)将体系温度升高至35℃，保温反应3h，完成中温反应；(3)将体系温度升至100℃，并用恒压漏斗滴加蒸馏水，反应1h，完成高温反应；(4)反应结束后，加入70mL蒸馏水和10mL双氧水，持续搅拌15min，并采用稀HCl及蒸馏水将产物调至中性；最后，将所得氧化石墨分散在水中，超声8h，置于真空干燥箱中干燥备用。
本发明通过将氧化石墨烯与纳米Ag-炭微球进行复合，从而制备得到石墨烯/Ag-炭微球气凝胶，所得气凝胶具有超高VOCs吸附性能和自我降解的能力，将其作为添加剂添加到涂料中可以有效提高涂料的抗雾霾能力，涂料中石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的添加量占涂料总重的5～10％。本发明中空炭微球的制备技术具有操作简单、无污染和原料来源丰富等特点，可一步反应完全，且制备所得炭微球的比表面积较大，球形均一、表面光滑，进一步保证了所得气凝胶的吸附性能，同时也为炭微球均匀负载在石墨烯上，制备石墨烯/炭微球气凝胶(G/CS hybrid aerogel)功能涂料奠定了基础。同时，通过合理控制工艺参数可进一步保证所得石墨烯/炭微球气凝胶的吸附性能，通过添加纳米银离子，增加了其抗菌和催化性能。
为进一步了解本发明的内容，现结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，其制备工艺示意图及流程图如图3、图4所示，具体包括以下步骤：
(1)炭微球的制备：以纤维素为原料，采用水热炭化法制备得到炭微球。
具体的，称取0.8g纤维素于20ml样品瓶中，加入15mL的去离子水，在30r/min的转速下磁力搅拌30min，在使纤维素均匀分散在溶液中，然后将其置于25mL的水热反应釜内。将水热反应釜密封好后，放入马弗炉中在220℃下恒定保温7h，之后在马弗炉内自然冷却至室温。将水热反应釜中下层的物质进行抽滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤，在110℃下烘干12h。将炭微球按照浸渍比KOH/C＝1.3放入坩埚中，然后置于微波炉中进行活化处理，并通入氮气，微波功率为700W，活化时间为10min；然后将所得产物添加稀HCl至中性，110℃下干燥，最后所得产物为比表面积为1800～2200g/m2的炭微球，其扫描图片见图1。
(2)纳米Ag-炭微球的制备
取0.4％wt的炭微球，倒入15ml的蒸馏水中，然后加入AgNO3溶液，混合溶液中Ag+的浓度为1mol/L，将混合溶液摇匀并采用200rpm磁力转子搅拌24h；采用离心机以3000rpm转速分离15min去除多余的银离子，然后对所得的纳米Ag-炭微球(AgCS)采用蒸馏水和酒精进行冲洗，再次采用超声波进行分散1h，以得到均匀纳米Ag-炭微球，其中炭微球的比表面积为2000～2100g/m2，所得纳米Ag-炭微球中纳米银离子的尺寸为50～150nm。
(3)石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的制备
将5ml的氧化石墨烯悬浮液(氧化石墨烯的浓度为3mg/ml)加入10ml的AgCS溶液中混合均匀，然后加入纳米Ag-炭微球溶液总量5％的半胱氨酸进行超声波处理1h，使2D氧化石墨烯片转化成3D的石墨烯水凝胶，得到水凝胶混合物，然后将水凝胶混合物放入80℃热油中9h。最后，采用超纯净水冲洗去除3D结构。剩下的块状水凝胶采用冷冻干燥法进行处理，即得到石墨烯/Ag-炭微球气凝胶。
将所得气凝胶作为添加剂添加到涂料中，即得抗雾霾复合涂料，本实施例中石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的添加量占涂料总重的7％，从而可以有效提高涂料的抗雾霾性能，尤其适用于室内外装修使用。与现有产品相比，本实施例的石墨烯复合涂料的吸附性能能够有效提高2倍，而产品的成本基本不变，其技术指标具体如下：(a)吸附性能：吸附率达到80％及以上；(b)黏度：40000或以上CPS(mPa·s)；(c)附着力：3M 600透明胶带粘贴上去，静置1min以上90°方向迅速剥离，胶带上基本无碳粒，附着力好，性能稳定，寿命长，因此具备很强的竞争优势，具有巨大应用前景。具体使用时，将本发明所得涂料直接涂覆于基材表面，或将其作为功能性面涂层涂覆于其他涂层表面使用即可，具有良好的催化分解雾霾的效果，且操作简单。
实施例2
本实施例的一种石墨烯/Ag-炭微球气凝胶涂料的制备方法，其制备工艺示意图及流程图如图3、图4所示，具体包括以下步骤：
(1)炭微球的制备：以纤维素为原料，采用水热炭化法制备得到炭微球。
具体的，称取0.8g纤维素于20ml样品瓶中，加入10mL的去离子水，在40r/min的转速下磁力搅拌20min，在使纤维素均匀分散在溶液中，然后将其置于25mL的水热反应釜内。将水热反应釜密封好后，放入马弗炉中在200℃下恒定保温8h，之后在马弗炉内自然冷却至室温。将水热反应釜中下层的物质进行抽滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤，在105℃下烘干11h。将炭微球按照浸渍比KOH/C＝1.5放入坩埚中，然后置于微波炉中进行活化处理，并通入氮气，微波功率为600W，活化时间为11min；然后将所得产物添加稀HCl至中性，100℃下干燥，最后所得产物为高比表面积的炭微球，其扫描图片见图1。
(2)纳米Ag-炭微球的制备
取0.3％wt的炭微球，倒入15ml的蒸馏水中，然后加入AgNO3溶液，混合溶液中Ag+的浓度为1.3mol/L，将混合溶液摇匀并采用180rpm磁力转子搅拌20h；采用离心机以2800rpm转速分离12min去除多余的银离子，然后对所得的纳米Ag-炭微球(AgCS)采用蒸馏水和酒精进行冲洗，再次采用超声波进行分散45min，以得到均匀纳米Ag-炭微球，其中炭微球的比表面积为1900～2000g/m2，所得纳米Ag-炭微球中纳米银离子的尺寸为100～170nm。
(3)石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的制备
将5ml的氧化石墨烯悬浮液(氧化石墨烯的浓度为5mg/ml)加入10ml的AgCS溶液中混合均匀，然后加入纳米Ag-炭微球溶液总量10％的半胱氨酸进行超声波处理40min，得到水凝胶混合物，然后将水凝胶混合物放入75℃热油中10h。最后，采用超纯净水冲洗去除3D结构。剩下的块状水凝胶采用冷冻干燥法转化成气凝胶，至备用。本实施例将天然石墨经Hummer化学氧化法制备成氧化石墨，将所得氧化石墨分散在水中，超声8h，然后置于真空干燥箱中干燥备用，所得氧化石墨烯的扫描图片见图2。
(4)将所得气凝胶作为添加剂添加到涂料中，即得到本实施例的抗雾霾复合涂料，该涂料中石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的添加量占涂料总重的10％，其性能基本同实施例1。
实施例3
本实施例的一种石墨烯/Ag-炭微球气凝胶涂料的制备方法，其制备工艺示意图及流程图如图3、图4所示，具体包括以下步骤：
(1)炭微球的制备：以纤维素为原料，采用水热炭化法制备得到炭微球。
具体的，称取0.5g纤维素于20ml样品瓶中，加入10mL的去离子水，在35r/min的转速下磁力搅拌40min，在使纤维素均匀分散在溶液中，然后将其置于25mL的水热反应釜内。将水热反应釜密封好后，放入马弗炉中在215℃下恒定保温6h，之后在马弗炉内自然冷却至室温。将水热反应釜中下层的物质进行抽滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤，在100℃下烘干10h。将炭微球按照浸渍比KOH/C＝1.4放入坩埚中，然后置于微波炉中进行活化处理，并通入氮气，微波功率为650W，活化时间为9min；然后将所得产物添加稀HCl至中性，105℃下干燥，最后所得产物为高比表面积的炭微球，其扫描图片见图1。
(2)纳米Ag-炭微球的制备
取0.5％wt的炭微球，倒入15ml的蒸馏水中，然后加入AgNO3溶液，混合溶液中Ag+的浓度为1.5mol/L，将混合溶液摇匀并采用190rpm磁力转子搅拌21h；采用离心机以2900rpm转速分离10min去除多余的银离子，然后对所得的纳米Ag-炭微球(AgCS)采用蒸馏水和酒精进行冲洗，再次采用超声波进行分散55min，以得到均匀纳米Ag-炭微球。其中炭微球的比表面积为2100～2200g/m2，所得纳米Ag-炭微球中纳米银离子的尺寸为130～200nm。
(3)石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的制备
将5ml的氧化石墨烯悬浮液(氧化石墨烯的浓度为4mg/ml)加入10ml的AgCS溶液中混合均匀，然后加入纳米Ag-炭微球溶液总量8％的半胱氨酸进行超声波处理50min，得到水凝胶混合物，然后将水凝胶混合物放入85℃热油中8h。最后，采用超纯净水冲洗去除3D结构。剩下的块状水凝胶采用冷冻干燥法转化成气凝胶，至备用。
(4)将所得气凝胶作为添加剂添加到涂料中，即得到本实施例的抗雾霾复合涂料，该涂料中石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的添加量占涂料总重的5％，其抗雾霾性能与实施例1较为接近。
实施例4
本实施例的一种石墨烯/Ag-炭微球气凝胶涂料的制备方法，其制备工艺示意图及流程图如图3、图4所示，具体包括以下步骤：
(1)炭微球的制备：以纤维素为原料，采用水热炭化法制备得到炭微球。
具体的，称取0.7g纤维素于20ml样品瓶中，加入10mL的去离子水，在30r/min的转速下磁力搅拌25min，在使纤维素均匀分散在溶液中，然后将其置于25mL的水热反应釜内。将水热反应釜密封好后，放入马弗炉中在210℃下恒定保温6.5h，之后在马弗炉内自然冷却至室温。将水热反应釜中下层的物质进行抽滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤，在108℃下烘干10.5h。将炭微球按照浸渍比KOH/C＝1.3放入坩埚中，然后置于微波炉中进行活化处理，并通入氮气，微波功率为800W，活化时间为8min；然后将所得产物添加稀HCl至中性，110℃下干燥，最后所得产物为高比表面积的炭微球，其扫描图片见图1。
(2)纳米Ag-炭微球的制备
取质量浓度为0.4％wt的炭微球悬浮液，倒入15ml的蒸馏水中，然后加入AgNO3溶液，混合溶液中Ag+的浓度为1.2mol/L，将混合溶液摇匀并采用220rpm磁力转子搅拌22h；采用离心机以2850rpm转速分离13min去除多余的银离子，然后对所得的纳米Ag-炭微球(AgCS)采用蒸馏水和酒精进行冲洗，再次采用超声波进行分散50min，以得到均匀纳米Ag-炭微球，其中炭微球的比表面积为1800～1900g/m2，所得纳米Ag-炭微球中纳米银离子的尺寸为50～90nm。
(3)石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的制备
将氧化石墨烯悬浮液(氧化石墨烯的浓度为3.5mg/ml)加入到纳米Ag-炭微球溶液中混合均匀，然后加入纳米Ag-炭微球溶液总量7％的半胱氨酸进行搅拌，得到水凝胶混合物；将水凝胶混合物置于78℃热油中8h，随后冲洗去除3D结构，采用冷冻干燥法处理块状的水凝胶，即得到石墨烯/Ag-炭微球气凝胶。
(4)将所得气凝胶作为添加剂添加到涂料中，即得到本实施例的抗雾霾复合涂料，该涂料中石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的添加量占涂料总重的8％，其抗雾霾性能略优于实施例1。
Claims (8)
1.一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、纳米Ag-炭微球的制备
向质量浓度为0.3～0.5％wt的炭微球悬浮液中加入AgNO3溶液得到混合溶液，将所得混合溶液分别进行磁力搅拌、离心分离、冲洗和超声分散处理，即得均匀纳米Ag-炭微球；
步骤二、石墨烯/Ag-炭微球气凝胶的制备
将氧化石墨烯悬浮液加入到纳米Ag-炭微球溶液中混合均匀，然后加入半胱氨酸进行搅拌，得到水凝胶混合物；将水凝胶混合物置于75～85℃热油中8～10h，随后冲洗去除3D结构，采用冷冻干燥法处理块状的水凝胶，即得到石墨烯/Ag-炭微球气凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的炭微球为中空结构，其比表面积为1800～2200g/m2。
3.根据权利要求1所述的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤一中炭微球-AgNO3混合溶液中Ag+的浓度为1～1.5mol/L，所得纳米Ag-炭微球中纳米银离子的尺寸为50～200nm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤一中将炭微球-AgNO3混合溶液采用180～220rpm磁力转子搅拌20～24h后，以2800～3000rpm的转速离心分离10～15min以去除多余的银离子，然后对所得纳米Ag-炭微球采用蒸馏水和酒精进行冲洗，再次采用超声波分散45～60min，即得到均匀纳米Ag-炭微球。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤一中炭微球的制备方法如下：
(1)将纤维素按照5～8g/100ml的量均匀分散在去离子水中，然后置于水热反应釜内于200～220℃下恒定保温6～8h后自然冷却至室温；
(2)将水热反应釜中下层的物质进行抽滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤，然后置于100～110℃下烘干10～12h；
(3)将步骤(2)所得烘干后的物质与KOH溶液按照浸渍比KOH/C＝1.3～1.5放入坩埚中，然后置于微波炉中进行活化处理，并通入氮气，微波功率为600～800W，活化时间为8～11min；
(4)将所得活化产物添加稀HCl至中性，然后置于100～110℃下进行干燥处理，即得比表面积为1800～2200g/m2的炭微球。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤二中半胱氨酸的添加量为纳米Ag-炭微球溶液总量的5～10％。
7.根据权利要求6所述的一种抗雾霾涂料用气凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤二中所用氧化石墨烯悬浮液中氧化石墨烯的浓度为3～5mg/ml。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的方法制备得到的抗雾霾涂料用气凝胶。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102500415A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-06-20 | 南开大学 | 由纤维素制备的碳微球催化剂及其应用 |
| CN103342348A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-10-09 | 中国石油大学(华东) | 一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法 |
| KR101496042B1 (ko) * | 2013-10-25 | 2015-02-25 | 영남대학교 산학협력단 | 그래핀 나노복합체 에어로젤의 제조방법 및 상기 제조방법으로 얻어진 그래핀 나노복합체 에어로젤 |
| CN104477878A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-04-01 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种石墨烯基多级孔炭材料及制法和应用 |
| CN104587918A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-06 | 河海大学 | 一种银纳米粒子修饰碳球/石墨烯复合气凝胶材料及其制备方法与应用 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102500415A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-06-20 | 南开大学 | 由纤维素制备的碳微球催化剂及其应用 |
| CN103342348A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-10-09 | 中国石油大学(华东) | 一种石墨烯/炭微球复合材料的制备方法 |
| KR101496042B1 (ko) * | 2013-10-25 | 2015-02-25 | 영남대학교 산학협력단 | 그래핀 나노복합체 에어로젤의 제조방법 및 상기 제조방법으로 얻어진 그래핀 나노복합체 에어로젤 |
| CN104477878A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-04-01 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种石墨烯基多级孔炭材料及制法和应用 |
| CN104587918A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-06 | 河海大学 | 一种银纳米粒子修饰碳球/石墨烯复合气凝胶材料及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| SHASHI PRABHA DUBEY ET AL.: "Synthesis of graphene-carbon sphere hybrid aerogel with silver nanoparticles and its catalytic and adsorption applications", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 * |
| 中国环境监测总站: "《分析测试技术》", 30 November 2013, 中国环境科学出版社 * |
| 刘玉荣: "《碳材料在超级电容器中的应用》", 31 January 2013, 国防工业出版社 * |
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