CN108996669A - 一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料及其制备方法 - Google Patents

一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种聚乙烯‑石墨烯复合生物填料的制备方法，首先将氧化石墨烯经喷雾、冷却、过滤、干燥、热还原制成石墨烯气凝胶微球；再将聚乙烯加热溶解在二甲苯中；然后将聚乙烯的二甲苯溶液和石墨烯气凝胶微球在负压下混合均匀、并将石墨烯气凝胶微球打碎；随后通过加热挥发二甲苯得到聚乙烯‑石墨烯复合材料；最后将复合材料冷冻粉碎得到粒料，再将该粒料加入到带有口膜的螺杆挤出机中，共混挤出、切割得到聚乙烯‑石墨烯复合生物填料成品。本发明改善了现有聚乙烯填料的表面粗糙度和比表面积，增加了孔隙率，提高了表面亲水性，最终优化了应用效果。

Description

一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机聚合物和无机物复合材料领域，具体涉及一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由SP2杂化碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料，厚度可为单层或几层。2004年，英国科学家Geim和Novoselov等(Novoselov K S,Geim AK,Morozov S V et al.Science,2004,306(5696):666～669)从理论上证实石墨烯单晶的存在，并利用胶带剥离高定向石墨的方法制得能够真正独立存在的二维石墨烯片层，至此掀起石墨烯科学研究和工程应用的热潮。与碳纳米管(CNTs)相比，石墨烯具有更优异的性能，如石墨烯的室温载流子迁移率～10000cm2/V·s，理论比表面积～2630m2/g，可见光透过率～97.7％，杨氏模量～1TPa，热传导系数为3000–5000W/(m·K)。目前制备石墨烯的方法众多，有气相沉积、外延生长法，机械玻璃法，氧化还原法等，其中氧化还原法是大规模制备石墨烯最有效的方法(Huang X,Qi X,Boey F,Zhang H.Chem Soc Rev,2012,41(2):666～686)。石墨烯结合了碳纳米管导电和粘土片层的结构特征，为发展高性能、多功能聚合物纳米复合材料提供了新的方向，近年来许多石墨烯/聚合物复合材料被制备和研究。
目前关于聚乙烯/石墨烯复合材料的相关报道主要用于抗静电复合材料，管材，热敏电阻复合材料等。例如专利号CN 103450537 B公开的一种超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料的制备方法，将将超高分子量聚乙烯与石墨烯粉末置于高速搅拌机中搅拌,得到超高分子量聚乙烯/石墨烯复合颗粒；将超高分子量聚乙烯/石墨烯复合颗粒在180～240℃下预热5～10min，然后在相同温度、10MPa条件下热压30min，得到超高分子量聚乙烯/石墨烯材料。该方法不涉及溶剂，通过静电吸附制备，然后热压成型，制备所需抗静电复合材料。
对于纯聚乙烯生物填料来说，石墨烯的加入可以调节填料的孔洞结构，提高其表面粗糙度和比表面积，改善填料的力学性能，增加其孔隙率，赋予表面电荷，提高其表面亲水性，缩短挂膜时间、有利于微生物生长，可用于提高污水处理效率。目前，基于聚乙烯/石墨烯复合材料用于MBBR工艺的生物填料的相关资料尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料及其制备方法，改善现有聚乙烯填料的表面粗糙度和比表面积，增加孔隙率，提高表面亲水性，最终增加其应用效果。
本发明采取的技术方案是：
一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料，包括重量份数为594-599.7份的聚乙烯和0.3-6份的石墨烯。
一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料，包括重量份数为594-599.7份的聚乙烯和0.3-6份的石墨烯气凝胶微球。
进一步的，每千克聚乙烯中加入0.1-50g的石墨烯。
进一步的，所述复合生物填料的密度为0.95-1.05g/cm3，为多孔形状，孔隙率为75％-90％，孔数为4-70。
进一步的，所述复合生物填料的堆积重量为50-250kg/m3，比表面积大于等于800m2/m3，收缩率小于等于0.2％。
进一步的，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯之一，另外，所述聚乙烯还能被替换为聚氨酯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种。
进一步的，所述的石墨烯的直径为0.5-20μm，厚度为0.5-10nm，比表面积为20-800m2/g。
一种制备聚乙烯-石墨烯复合生物填料的方法，包括以下步骤：
步骤一：将氧化石墨烯制备成6mg/mL水溶液，超声分散均匀；
步骤二：利用喷雾法将氧化石墨烯水分散液雾化成氧化石墨烯液滴微球，并在冷却浴中进行接收液收集；
步骤三：过滤步骤二接收液中的氧化石墨烯冰微球，冷冻干燥后获得氧化石墨烯气凝胶微球；
步骤四：将步骤三的氧化石墨烯气凝胶微球通过热还原法得到石墨烯气凝胶微球；
步骤五：将594-599.7份聚乙烯在100-150℃的条件下溶解在二甲苯中；
步骤六：将聚乙烯的二甲苯溶液和0.3-6份石墨烯气凝胶微球在0.1-200mbar的负压下混合均匀；
步骤七：利用超声分散将步骤六的混合液中的石墨烯气凝胶微球打碎；
步骤八：将步骤七的混合液放置在120o烘箱中加热，挥发二甲苯得到聚乙烯-石墨烯复合材料；
步骤九：将步骤八中的聚乙烯-石墨烯复合材料冷冻粉碎得到粒料，再将该粒料加入到带有口膜的螺杆挤出机中，共混挤出、切割得到聚乙烯-石墨烯复合生物填料成品。
本发明的有益效果：
本发明首先将石墨烯制成石墨烯气凝胶微球再与聚乙烯混合，利用微球的多孔性，解决了石墨烯分散问题，使得两层石墨烯之间被聚乙烯填充，避免了石墨烯聚集的问题，有效增大了最终填料的比表面积，改善了填料的力学性能，增加其孔隙率，赋予表面电荷，提高其表面亲水性，缩短挂膜时间、有利于微生物生长，当用于污水处理时，可大大提高处理效率。本发明制备方法简单，工艺易于操作控制，环保、能耗低。
附图说明
图1是本发明制备的具有多孔结构的生物填料外观图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详述。
实施例1
(1)制备氧化石墨：天然石墨经Brodie氧化法制备为氧化石墨。
(2)配制氧化石墨烯水分散液：室温下，将3g Brodie氧化法制备的氧化石墨和400mL去离子水混合，置于超声波清洗仪中，200W超声分散20分钟后搅拌过夜，得到分散均匀呈深棕色的7.5mg/mL的氧化石墨烯水分散液。
(3)将碎冰置于保温良好的敞口杜瓦瓶中，加入氯化钠粉末，搅拌均匀形成碎冰/氯化钠冷却浴。将装有乙酸乙酯的烧杯放入碎冰/氯化钠冷却浴中作为接收液。同时，将配制好的7.5mg/mL的氧化石墨烯水分散液装入静电喷雾装置上的注射器中，调节注射器喷头高度使之与接收液相隔合适的距离后，调节电压为15KV，开始喷雾并在接收液中快速冷却液滴微球。
(4)用筛子快速过滤乙酸乙酯接收液得到棕黑色氧化石墨烯冰微球，转入冷冻干燥机中，在真空度20Pa，温度-50℃条件下，干燥24h得到棕色氧化石墨烯气凝胶微球。
(5)将得到的氧化石墨烯气凝胶微球置于马弗炉中在惰性气体保护下按5℃/min的升温速度升温至800摄氏度并保持5小时即得到黑色轻质石墨烯气凝胶微球。平均粒径为247μm，密度为5.0kg/m3。
(6)将597g高密度聚乙烯在150℃条件下溶解在10L二甲苯溶液中。
(7)将步骤5中得到的石墨烯气凝胶微球与步骤6中的聚乙烯溶液在1mbar的负压下混合均匀，200W超声分散30分钟，然后80℃真空加热24h,得到聚乙烯-石墨烯复合块状材料。
(8)将步骤7中的聚乙烯-石墨烯复合块状材料利用冷冻机粉碎机造粒。
(9)将步骤9中的聚乙烯-氧化石墨烯颗粒加入到具有特定口膜的螺杆挤出机中，共混挤出、切割得到聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料成品，该材料的密度为0.989g/cm3,孔隙率为85％，堆积重量为130kg/m3,比表面积为900m2/m3,收缩率小于1％。
实施例2
(1)制备氧化石墨：天然石墨经Brodie氧化法制备为氧化石墨。
(2)配制氧化石墨烯水分散液：室温下，将6g Brodie氧化法制备的氧化石墨和1000mL去离子水混合，置于超声波清洗仪中，200W超声分散20分钟后搅拌过夜，得到分散均匀呈深棕色的6mg/mL的氧化石墨烯水分散液。
(3)将碎冰置于保温良好的敞口杜瓦瓶中，加入氯化钠粉末，搅拌均匀形成碎冰/氯化钠冷却浴。将装有乙酸乙酯的烧杯放入碎冰/氯化钠冷却浴中作为接收液。同时，将配制好的6mg/mL的氧化石墨烯水分散液装入静电喷雾装置上的注射器中，调节注射器喷头高度使之与接收液相隔合适的距离后，调节电压为15KV，开始喷雾并在接收液中快速冷却液滴微球。
(4)用筛子快速过滤乙酸乙酯接收液得到棕黑色氧化石墨烯冰微球，转入冷冻干燥机中，在真空度20Pa，温度-50℃条件下，干燥24h得到棕色氧化石墨烯气凝胶微球。
(5)将得到的氧化石墨烯气凝胶微球置于马弗炉中在惰性气体保护下按5℃/min的升温速度升温至800摄氏度并保持5小时即得到黑色轻质石墨烯气凝胶微球。平均粒径为320μm，密度为5.2kg/m3。
(6)将594g线性低密度聚乙烯在120℃条件下溶解在10L二甲苯溶液中。
(7)将步骤5中得到的石墨烯气凝胶微球与步骤6中的聚乙烯溶液在0.1mbar的负压下混合均匀，200W超声分散30分钟，然后80℃真空加热24h，得到聚乙烯-石墨烯复合块状材料。
(8)将步骤7中的聚乙烯-石墨烯复合块状材料利用冷冻机粉碎机造粒。
(9)将步骤8中的聚乙烯-氧化石墨烯颗粒加入到具有特定口膜的螺杆挤出机中，共混挤出、切割得到聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料成品，该材料的密度为1.023g/cm3,孔隙率为78％，堆积重量为115kg/m3,比表面积为1100m2/m3,收缩率小于0.5％。

Claims (8)

1.一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料，其特征在于，包括重量份数为594-599.7份的聚乙烯和0.3-6份的石墨烯。
2.一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料，其特征在于，包括重量份数为594-599.7份的聚乙烯和0.3-6份的石墨烯气凝胶微球。
3.如权利要求1所述的一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料，其特征在于，每千克聚乙烯中加入0.1-50g的石墨烯。
4.如权利要求1所述的一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料，其特征在于，所述复合生物填料的密度为0.95-1.05g/cm3，为多孔形状，孔隙率为75％-90％，孔数为4-70。
5.如权利要求1所述的一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料，其特征在于，所述复合生物填料的堆积重量为50-250kg/m3，比表面积大于等于800m2/m3，收缩率小于等于0.2％。
6.如权利要求1所述的一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料，其特征在于，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯之一，另外，所述聚乙烯还能被替换为聚氨酯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种。
7.如权利要求1所述的一种聚乙烯-石墨烯复合生物填料，其特征在于，所述的石墨烯的直径为0.5-20μm，厚度为0.5-10nm，比表面积为20-800m2/g。
8.一种制备聚乙烯-石墨烯复合生物填料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将氧化石墨烯制备成6mg/mL水溶液，超声分散均匀；
步骤二：利用喷雾法将氧化石墨烯水分散液雾化成氧化石墨烯液滴微球，并在冷却浴中进行接收液收集；
步骤三：过滤步骤二接收液中的氧化石墨烯冰微球，冷冻干燥后获得氧化石墨烯气凝胶微球；
步骤四：将步骤三的氧化石墨烯气凝胶微球通过热还原法得到石墨烯气凝胶微球；
步骤五：将594-599.7份聚乙烯在100-150℃的条件下溶解在二甲苯中；
步骤六：将聚乙烯的二甲苯溶液和0.3-6份石墨烯气凝胶微球在0.1-200mbar的负压下混合均匀；
步骤七：利用超声分散将步骤六的混合液中的石墨烯气凝胶微球打碎；
步骤八：将步骤七的混合液放置在120°烘箱中加热，挥发二甲苯得到聚乙烯-石墨烯复合材料；
步骤九：将步骤八中的聚乙烯-石墨烯复合材料冷冻粉碎得到粒料，再将该粒料加入到带有口膜的螺杆挤出机中，共混挤出、切割得到聚乙烯-石墨烯复合生物填料成品。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110104910A (zh) * 2019-06-21 2019-08-09 安吉国千环境科技有限公司 一种基于mbbr工艺的污水处理技术方法
CN111849051A (zh) * 2020-06-22 2020-10-30 北交源生态环境科技(北京)有限公司 一种石墨烯mbbr悬浮载体填料及其制备方法
CN113999445A (zh) * 2021-10-20 2022-02-01 国网电力科学研究院有限公司 一种石墨烯/聚乙烯复合材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105064005A (zh) * 2015-07-23 2015-11-18 合肥众月健康科技有限公司 一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料及其制备方法
KR20150135116A (ko) * 2014-05-22 2015-12-02 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 복합 전해질 막, 이의 제조방법 및 이의 용도
CN105195067A (zh) * 2015-09-15 2015-12-30 四川大学 一种石墨烯气凝胶微球及其制备方法和用途
CN105668767A (zh) * 2016-04-13 2016-06-15 大连理工大学 一种非溶性氧化还原介体型生物载体及其制备方法
CN108250728A (zh) * 2018-03-09 2018-07-06 四川大学 一种聚合物/石墨烯气凝胶复合泡沫材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150135116A (ko) * 2014-05-22 2015-12-02 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 복합 전해질 막, 이의 제조방법 및 이의 용도
CN105064005A (zh) * 2015-07-23 2015-11-18 合肥众月健康科技有限公司 一种掺杂改性蜂巢石-氧化石墨烯的高效聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料及其制备方法
CN105195067A (zh) * 2015-09-15 2015-12-30 四川大学 一种石墨烯气凝胶微球及其制备方法和用途
CN105668767A (zh) * 2016-04-13 2016-06-15 大连理工大学 一种非溶性氧化还原介体型生物载体及其制备方法
CN108250728A (zh) * 2018-03-09 2018-07-06 四川大学 一种聚合物/石墨烯气凝胶复合泡沫材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
骆光林: "《包装材料学》", 31 August 2011, 印刷工业出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110104910A (zh) * 2019-06-21 2019-08-09 安吉国千环境科技有限公司 一种基于mbbr工艺的污水处理技术方法
CN111849051A (zh) * 2020-06-22 2020-10-30 北交源生态环境科技(北京)有限公司 一种石墨烯mbbr悬浮载体填料及其制备方法
CN113999445A (zh) * 2021-10-20 2022-02-01 国网电力科学研究院有限公司 一种石墨烯/聚乙烯复合材料及其制备方法

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