CN110255540A - 亲油疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents
亲油疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110255540A CN110255540A CN201910567800.4A CN201910567800A CN110255540A CN 110255540 A CN110255540 A CN 110255540A CN 201910567800 A CN201910567800 A CN 201910567800A CN 110255540 A CN110255540 A CN 110255540A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- preparation
- graphene oxide
- aerogel
- graphene aerogel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 163
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 159
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000006884 silylation reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- -1 octadecyl trichlorosilane Alkane Chemical class 0.000 claims description 33
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims description 30
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 27
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 18
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 18
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 18
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 18
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 15
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 15
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 14
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Inorganic materials [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 9
- 239000005055 methyl trichlorosilane Substances 0.000 claims description 9
- JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N methyltrichlorosilane Chemical compound C[Si](Cl)(Cl)Cl JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 7
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 125000005010 perfluoroalkyl group Chemical group 0.000 claims description 5
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 claims description 3
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000007715 potassium iodide Nutrition 0.000 claims description 2
- ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N D-erythro-ascorbic acid Natural products OCC1OC(=O)C(O)=C1O ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229930003268 Vitamin C Natural products 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-M benzenesulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 235000019154 vitamin C Nutrition 0.000 claims 1
- 239000011718 vitamin C Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 10
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 description 9
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 description 9
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 description 5
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 4
- 150000004996 alkyl benzenes Chemical class 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 4
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001365789 Oenanthe crocata Species 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 125000003253 isopropoxy group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(O*)C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 239000006210 lotion Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 125000002572 propoxy group Chemical group [*]OC([H])([H])C(C([H])([H])[H])([H])[H] 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010000269 abscess Diseases 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WWLOCCUNZXBJFR-UHFFFAOYSA-N azanium;benzenesulfonate Chemical compound [NH4+].[O-]S(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 WWLOCCUNZXBJFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N ethyl(trimethoxy)silane Chemical compound CC[Si](OC)(OC)OC SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- ARYZCSRUUPFYMY-UHFFFAOYSA-N methoxysilane Chemical compound CO[SiH3] ARYZCSRUUPFYMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 1
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N triethoxysilane Chemical compound CCO[SiH](OCC)OCC QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
- B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
- B01D17/0202—Separation of non-miscible liquids by ab- or adsorption
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/184—Preparation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/194—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2204/00—Structure or properties of graphene
- C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种亲油疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。该方法包括将石墨烯气凝胶在含有硅烷基的疏水改性剂中浸泡的步骤。本发明可以获得亲油疏水石墨烯气凝胶。
Description
技术领域
本发明涉及一种亲油疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
石墨烯气凝胶对油类物质和有机溶剂具有很高的吸附性和疏水亲油性,可以通过挤压完成吸附-脱附过程,因此在油水分离领域具有巨大的应用前景。目前,通常通过冷冻干燥技术或超临界干燥法制备石墨烯气凝胶,但是工艺复杂,制备成本高,很难大规模生产。
CN108439380A公开了一种超弹性、超疏水纯石墨烯气凝胶的制备方法,以氧化石墨烯为前驱体,利用改变溶液pH值和温度,调控纳米片层上含氧官能团分布和石墨化结构尺寸,直接冷冻-解冻得到具有三维网络结构的水凝胶。该方法需要引入交联剂,这就降低了生成的石墨烯气凝胶的疏水性能,而且提高了制备成本。CN105384165B公开了一种海绵状轻质石墨烯气凝胶的制备方法,该方法通过在氧化石墨烯胶体溶液中加入发泡剂进行发泡,然后将发泡后的泡沫体系放入液氮中进行速冻定型,获得海绵状轻质石墨烯气凝胶。该方法获得的气凝胶孔隙率低,疏水性不高。CN106517160B公开了一种各向同性超弹性石墨烯气凝胶的制备方法,该方法以氧化石墨烯为原料,加入发泡剂搅拌产生的泡孔为模板,制备发泡体,然后通过还原剂还原反应形成,最后通过冷冻强化、加热干燥获得各向同性的石墨烯气凝胶。通过该方法获得石墨烯气凝胶具有高回弹性,但是其疏水性和吸油量均不高。
发明内容
有鉴于此,本发明的一个目的在于提供一种亲油疏水石墨烯气凝胶的制备方法,该方法能够低成本制备亲油疏水石墨烯气凝胶。
本发明的另一个目的在于提供一种亲油疏水石墨烯气凝胶,具有高疏水性。进一步地,亲油疏水石墨烯气凝胶具有低密度和高吸附性等特点。
本发明的再一个目的在于提供一种亲油疏水石墨烯气凝胶在油水分离领域中的应用。
本发明提供一种亲油疏水石墨烯气凝胶的制备方法,包括将石墨烯气凝胶在含有硅烷基的疏水改性剂中浸泡的步骤。
根据本发明的制备方法,优选地,所述疏水改性剂包括烷基三卤代硅烷、烷基三烷氧基硅烷和全氟烷基三烷氧基硅烷中的一种或多种。
根据本发明的制备方法,优选地,所述疏水改性剂包括十八烷基三氯硅烷和甲基三氯硅烷,其中,疏水改性剂中的十八烷基三氯硅烷和甲基三氯硅烷的摩尔比为2~15:7。
根据本发明的制备方法,优选地,浸泡时间为1~60min。
根据本发明的制备方法,优选地,还包括石墨烯气凝胶的制备步骤:
(1)将氧化石墨烯和还原剂均匀分散于水中,得到氧化石墨烯分散液;
(2)将氧化石墨烯分散液与发泡剂混合,搅拌得到混合泡沫;
(3)将混合泡沫置于60~100℃下进行反应2~12h,然后冷却至15~35℃,得到石墨烯水凝胶;
(4)将石墨烯水凝胶在浓度为1~20vol%的乙醇水溶液中浸泡洗涤,浸泡洗涤时间为10~48h,得到洗涤后的石墨烯水凝胶;
(5)将洗涤后的石墨烯水凝胶置于-60~-10℃下冷冻处理,然后取出升温至15~35℃,再在常压下干燥处理,得到石墨烯气凝胶。
根据本发明的制备方法,优选地,步骤(1)中,所述还原剂选自抗坏血酸、乙二胺、四硼酸钠、草酸与碘化钾复配物、氢碘酸中的一种或多种。
根据本发明的制备方法,优选地,步骤(1)中,所述氧化石墨烯的片径为5~40μm;氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯浓度为2~8mg/ml;氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:2~5。
根据本发明的制备方法,优选地,步骤(2)中,所述发泡剂选自浓度为20~80mg/ml的C10~C20烷基苯磺酸盐水溶液。
本发明还提供上述的制备方法获得的亲油疏水石墨烯气凝胶。
本发明又提供一种上述亲油疏水石墨烯气凝胶在油水分离领域中的应用
本发明通过将石墨烯气凝胶在含有硅烷基的疏水改性剂中进行浸泡,获得了一种具有超高疏水性能和吸附性能的低密度石墨烯气凝胶。与传统制备石墨烯气凝胶的工艺相比,大大降低了制备成本。
附图说明
图1为实施例2制备的样品拍摄的实物图。
图2为实施例2制备的样品进行吸油测试时拍摄的对比图。
图3为实施例2制备的样品表面滴入一滴水后拍摄的图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
本发明的亲油疏水石墨烯气凝胶的制备方法包括:石墨烯气凝胶的制备步骤和疏水改性步骤。具体地,本发明的制备方法包括如下步骤:(1)制备氧化石墨烯分散液;(2)制备混合泡沫;(3)制备石墨烯水凝胶;(4)洗涤石墨烯水凝胶;(5)冷冻及常压干燥步骤;(6)疏水改性步骤。下面进行详细描述。
<制备氧化石墨烯分散液>
将氧化石墨烯和还原剂均匀分散于水中,获得氧化石墨烯分散液。可以通过超声分散使氧化石墨烯更均匀的分散于水中,超声分散时间可以为10~30min,优选为15~25min,更优选为15~20min。还原剂选自抗坏血酸、乙二胺、四硼酸钠、草酸与碘化钾复配物、氢碘酸中的一种或多种;优选地,还原剂选自抗坏血酸、乙二胺、草酸与碘化钾复配混合物中的一种或多种;还原剂选自抗坏血酸、乙二胺中的一种或两种混合物。采用上述氧化石墨烯与还原剂的质量比及还原剂的种类,可以促进氧化石墨烯的还原作用,更好提高石墨烯气凝胶的疏水性能。
氧化石墨烯的片径可以为5~40μm;优选地,氧化石墨烯的片径为10~35μm;更优选地,氧化石墨烯的片径为20~25μm。采用上述片径结构的氧化石墨烯,可以使制备获得的石墨烯气凝胶具有更高的疏水性。氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯浓度可以为2~8mg/ml;优选地,氧化石墨烯浓度为3~7mg/ml;更优选地,氧化石墨烯浓度为4~6mg/ml。采用上述浓度范围内的氧化石墨烯分散液,可以形成吸附性能和回弹性能更好的石墨烯气凝胶,进一步提高石墨烯气凝胶的疏水性能。氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯与还原剂的质量比可以为1:2~5,优选为1:2~4,更优选为1:3~4。
根据本发明的一个具体实施方式,将片径为20~25μm氧化石墨烯和抗坏血酸、乙二胺中的一种或两种混合物,通过超声分散15~20min均匀分散于水中,获得氧化石墨烯分散液;其中,氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯浓度可以为4~6mg/ml,氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯与还原剂的质量比可以为1:3~4。
<制备混合泡沫>
将发泡剂与氧化石墨烯分散液混合,然后发泡得到混合泡沫。发泡过程可以在搅拌下进行,搅拌速率可以为10000~50000rpm,优选地,搅拌速率为10000~20000rpm,更优选地,搅拌速率为10000~15000rpm。搅拌时间可以为1~60min,优选地,搅拌时间为10~30min,更优选地,搅拌时间可以为10~20min。采用上述搅拌条件,可以更快更好进行发泡,形成的发泡体孔隙更均匀,孔隙率更高。发泡剂选自C10~C20烷基苯磺酸盐水溶液,优选地,发泡剂选自C12~C18烷基苯磺酸盐水溶液,更优选得,发泡剂选自C12~C14烷基苯磺酸盐水溶液。采用上述发泡剂在保证不影响石墨烯气凝胶疏水性的前提下,可以使混合泡沫的空隙更均匀,而且大小适中,有利于形成石墨烯气凝胶的高弹性,以及更强的机械性能。根据本发明的某些实施方式,发泡剂选自C12~C14烷基苯磺酸钠盐水溶液、C12~C14烷基苯磺酸铵盐水溶液或C12~C14烷基苯磺酸乙醇铵盐水溶液中的一种或多种。
C10~C20烷基苯磺酸盐水溶液中的C10~C20烷基苯磺酸盐浓度可以为20~80mg/ml,优选为30~70mg/ml,更优选为40~60mg/ml。根据本发明的一个具体实施方式,发泡剂为浓度为40~60mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液。采用上述浓度范围的发泡剂可以控制生成的混合泡沫孔隙大小,提高石墨烯气凝胶的吸附性能。
<制备石墨烯水凝胶>
将混合泡沫进行反应,然后冷却至15~35℃下,获得石墨烯水凝胶。本发明的混合泡沫可以在60~100℃下进行反应2~12h;优选地,在70~90℃下进行反应4~10h;更优选地,在80~90℃下进行反应6~8h。采用上述反应条件,可以使混合泡沫反应生成的石墨烯水凝胶的疏水性能更高,而且控制孔隙的大小。
<洗涤石墨烯水凝胶>
将石墨烯水凝胶在乙醇水溶液中浸泡洗涤,得到洗涤后的石墨烯水凝胶。本发明中的乙醇水溶液的浓度为1~20vol%;优选地,乙醇水溶液的浓度为1~10vol%;更优选地,乙醇水溶液的浓度为1~5vol%。浸泡时间可以为10~48h;优选地,浸泡时间为20~36h;更优选地,浸泡时间为24~36h。采用上述洗涤步骤,可以将石墨烯水凝胶中的杂质去除,而且在不影响石墨烯气凝胶的疏水性的前提下,提高吸附性能。
<冷冻及常压干燥步骤>
将洗涤后的石墨烯水凝胶进行冷冻处理,然后取出升温至15~35℃,再进行常压干燥,获得石墨烯气凝胶。本发明的石墨烯水凝胶可以置于-60~-10℃下冷冻处理;优选地,置于-50~-20℃下冷冻处理;更优选地,置于-45~-35℃下冷冻处理。采用上述冷冻处理工艺,可以快速冷冻石墨烯水凝胶,而且形成的石墨烯气凝胶的吸附性能和回弹性更高,进一步提高其疏水性能。冷冻处理后,取出升温至15~35℃,优选地,升温至15~30℃,更优选地,升温至20~25℃。
本发明的常压干燥处理温度可以为30~85℃;优选地,干燥温度为30~65℃;更优选地,干燥温度为30~50℃。采用上述干燥温度,在不影响生成的石墨烯气凝胶物理、化学性能的前提下,进一步加快干燥速率。根据本发明的一个具体实施方式,将洗涤后的石墨烯水凝胶置于-45~-35℃下冷冻处理进行冷冻处理,然后取出升温至20~25℃,再在30~50℃下进行常压干燥,获得石墨烯气凝胶。
<疏水改性步骤>
将石墨烯气凝胶在含有硅烷基的疏水改性剂中浸泡,然后取出干燥获得亲油疏水石墨烯气凝胶。与传统的高温还原制备高疏水性石墨烯气凝胶的制备工艺相比,大大降低了制备成本。
在疏水改性步骤中,所述疏水改性剂包括烷基三卤代硅烷、烷基三烷氧基硅烷和全氟烷基三烷氧基硅烷中的一种或多种。
烷基三卤代硅烷的卤原子可以为氟,氯和溴等,优选为氯。烷基三卤代硅烷优选为烷基三氯硅烷,其选自C1~C20烷基三氯硅烷的一种或多种,优选地,烷基三氯硅烷选自C1~C18烷基三氯硅烷中的一种或多种;更优选地,烷基三氯硅烷选自C1、C12和C18烷基三氯硅烷中的一种或多种。
全氟烷基三烷氧基硅烷中的烷氧基可以为C1~C5的烷氧基。具体的实例包括但不限于甲氧基,乙氧基,正丙氧基或异丙氧基等;优选为乙氧基。全氟烷基三烷氧基硅烷优选为全氟烷基三乙氧基硅烷,其选自全氟C1~C12烷基三乙氧基硅烷中的一种或多种,优选地,全氟烷基三乙氧基硅烷选自全氟C4~C10烷基三乙氧基硅烷中的一种或多种;更优选地,全氟烷基三乙氧基硅烷选自全氟C6~C8烷基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
烷基三烷氧基硅烷中的烷氧基可以为C1~C5的烷氧基。具体的实例包括但不限于甲氧基,乙氧基,正丙氧基或异丙氧基等;优选为甲氧基。烷基三烷氧基硅烷优选为烷基三甲氧基硅烷,其选自C1~C10烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种,优选地,烷基三甲氧基硅烷选自C2~C8烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种,更优选地,烷基三甲氧基硅烷选自C2~C4烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
疏水改性剂采用上述组分,在不影响石墨烯气凝胶其他性能的前提下,可以更好地提高石墨烯气凝胶的疏水性能。根据本发明的一个具体实施方式,疏水改性剂包括十八烷基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、1,1,2,2-全氟辛基三乙氧基硅烷和甲基三氯硅烷中的一种或多种。
在本发明某些实施方式中,所述疏水改性剂包括十八烷基三氯硅烷和甲基三氯硅烷,其中,十八烷基三氯硅烷和甲基三氯硅烷的摩尔比为2~15:7,优选地,摩尔比为4~12:7,更优选地,摩尔比为5~10:7。采用上述配比,可以进一步提高石墨烯气凝胶的疏水性能。
在本发明中,疏水改性时,浸泡时间可以为1~60min,优选为1~30min,更优选为1~10min。干燥温度可以为15~80℃干燥,优选为25~80℃干燥,更优选为25~65℃干燥,采用上述干燥温度不影响疏水改性后的石墨烯气凝胶的性能。
根据本发明的某些实施方式,将经过疏水改性后的石墨烯气凝胶从改性剂中取出,然后置于乙醇水洗液进行清洗,清洗后取出再进行干燥。乙醇水洗液可以为1~20vol%的乙醇水溶液,优选为1~10vol%的乙醇水溶液,更优选为1~5vol%的乙醇水溶液。
<亲油疏水石墨烯气凝胶>
本发明的亲油疏水石墨烯气凝胶采用上述方法制备获得,这里不再赘述。本发明的石墨烯气凝胶通过上述制备方法后生成具有高疏水性能和高吸附性能,而且密度相对较低,适用于油水分离领域。对石油、有机溶剂等油类物质可以从水中快速高效的吸附分离,而且通过挤压即可以实现吸附-脱附连续处理。
<亲油疏水石墨烯气凝胶的应用>
本发明的亲油疏水石墨烯气凝胶用于油水分离领域中,由于其良好的疏水性能和吸附性能,可实现油水分离。
以下描述实施例和对比例中使用的原料:
氧化石墨烯:常州第六元素材料科技股份有限公司。
以下介绍测试方法:
接触角测试:采用接触角测试仪器,将去离子水滴在样品表面,形成一滴液滴,然后测试仪拍照成像,用量角器直接测量接触角。
吸油能力测试:
将实施例1~3及对比例1制备的样品轻轻放置在盛放有一定体积汽油的烧瓶中,然后取出通过充分挤压将挤压出来的油进行称量,测定其吸油量。
实施例1
(1)在60ml水中加入480mg抗坏血酸和240mg氧化石墨烯,通过超声分散15min,获得氧化石墨烯浓度为4mg/ml的氧化石墨烯分散液。
(2)将3ml浓度为50mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液加入氧化石墨烯分散液中,在10000rmp的转速下搅拌,获得混合泡沫。
(3)将混合泡沫置于80℃下进行反应6h,然后自然冷却至25℃,获得石墨烯水凝胶。
(4)将石墨烯水凝胶用1vol%的乙醇水溶液浸泡洗涤24h,获得洗涤后的石墨烯水凝胶。
(5)将洗涤后的石墨烯水凝胶取出置于-45℃下冷冻处理,然后取出升温至25℃融化,再在常压65℃下进行干燥处理,获得石墨烯气凝胶。
(6)将石墨烯气凝胶浸泡在十八烷基三氯硅烷与甲基三氯硅烷摩尔比为5:1的溶液中浸泡5min,取出后用1vol%的乙醇水溶液进行洗涤,在65℃下进行干燥,获得亲油疏水石墨烯气凝胶样品。
实施例2
(1)在60ml水中加入900mg抗坏血酸和300mg氧化石墨烯,通过超声分散15min,获得氧化石墨烯浓度为5mg/ml的氧化石墨烯分散液。
(2)将3ml浓度为50mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液加入氧化石墨烯分散液中,在10000rmp的转速下搅拌,获得混合泡沫。
(3)将混合泡沫置于80℃下进行反应6h,然后自然冷却至25℃,获得石墨烯水凝胶。
(4)将石墨烯水凝胶用1vol%的乙醇水溶液浸泡洗涤24h,获得洗涤后的石墨烯水凝胶。
(5)将洗涤后的石墨烯水凝胶取出置于-45℃下冷冻处理,然后取出升温至25℃融化,再在常压65℃下进行干燥处理,获得石墨烯气凝胶。
(6)将石墨烯气凝胶浸泡在十八烷基三氯硅烷与甲基三氯硅烷摩尔比为5:1的溶液中浸泡5min,取出后用1vol%的乙醇水溶液进行洗涤,在65℃下进行干燥,获得亲油疏水石墨烯气凝胶样品。
实施例3
(1)在60ml水中加入900mg抗坏血酸和300mg氧化石墨烯,通过超声分散15min,获得氧化石墨烯浓度为5mg/ml的氧化石墨烯分散液。
(2)将3ml浓度为50mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液加入氧化石墨烯分散液中,在10000rmp的转速下搅拌,获得混合泡沫。
(3)将混合泡沫置于80℃下进行反应6h,然后自然冷却至25℃,获得石墨烯水凝胶。
(4)将石墨烯水凝胶用1vol%的乙醇水溶液浸泡洗涤24h,获得洗涤后的石墨烯水凝胶。
(5)将洗涤后的石墨烯水凝胶取出置于-45℃下冷冻处理,然后取出升温至25℃融化,再在常压65℃下进行干燥处理,获得石墨烯气凝胶。
(6)将石墨烯气凝胶浸泡在十八烷基三氯硅烷与甲基三氯硅烷摩尔比为4:1的溶液中浸泡5min,取出后用1vol%的乙醇水溶液进行洗涤,在65℃下进行干燥,获得亲油疏水石墨烯气凝胶样品。
对比例
(1)在60ml水中加入900mg抗坏血酸和300mg氧化石墨烯,通过超声振荡15min分散均匀,获得氧化石墨烯浓度为5mg/ml的氧化石墨烯分散液。
(2)将3ml浓度为50mg/ml的十二烷基苯磺酸钠水溶液加入氧化石墨烯分散液,在10000rmp的转速下搅拌,获得泡沫体。
(3)将泡沫体置于80℃下进行还原反应6h,然后自然冷却至25℃下,获得石墨烯水凝胶;
(4)将石墨烯水凝胶用1vol%的乙醇水溶液浸泡洗涤24h,获得洗涤后的石墨烯水凝胶;
(5)将洗涤后的石墨烯水凝胶取出置于-45℃下冷冻处理,然后取出升温至25℃融化,再进行常压干燥,获得石墨烯气凝胶样品。
图1为实施例2制备的样品拍摄的实物图,说明样品结构完整,经测量具有极低的密度,密度低至8mg/cm3。
图2为实施例2制备的样品进行吸油测试时拍摄的对比图片,即施加一定压力前、后及产生形变约70%的照片对比图。经测量,其吸油量可达225.3g/g,而且循环使用后,能够保持良好的吸附能力。这说明样品具有良好的循环吸附能力,有望在油水分离领域连续使用。
图3为实施例2的样品表面滴入一滴水后拍摄的图片,由图可见,样品具有很高的疏水性。将实施例1~3制备的样品及对比例制备的样品进行接触角测试和吸油测试,测试结果见表1。结果显示,实施例1~3制备的样品具有良好的疏水性能。
表1
检测样品 | 接触角(°) | 吸油量(g/g) |
实施例1 | 150 | 220.5 |
实施例2 | 153 | 225.3 |
实施例3 | 151 | 221.2 |
对比例 | 134 | 102 |
本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。
Claims (10)
1.一种亲油疏水石墨烯气凝胶的制备方法,其特征在于,包括将石墨烯气凝胶在含有硅烷基的疏水改性剂中浸泡的步骤。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述疏水改性剂包括烷基三卤代硅烷、烷基三烷氧基硅烷和全氟烷基三烷氧基硅烷中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述疏水改性剂包括十八烷基三氯硅烷和甲基三氯硅烷,其中,疏水改性剂中的十八烷基三氯硅烷和甲基三氯硅烷的摩尔比为2~15:7。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,浸泡时间为1~60min。
5.根据权利要求1~4任一项所述的制备方法,其特征在于,还包括石墨烯气凝胶的制备步骤:
(1)将氧化石墨烯和还原剂均匀分散于水中,得到氧化石墨烯分散液;
(2)将氧化石墨烯分散液与发泡剂混合,搅拌得到混合泡沫;
(3)将混合泡沫置于60~100℃下进行反应2~12h,然后冷却至15~35℃,得到石墨烯水凝胶;
(4)将石墨烯水凝胶在浓度为1~20vol%的乙醇水溶液中浸泡洗涤,浸泡洗涤时间为10~48h,得到洗涤后的石墨烯水凝胶;
(5)将洗涤后的石墨烯水凝胶置于-60~-10℃下冷冻处理,然后取出升温至15~35℃,再在常压下干燥处理,得到石墨烯气凝胶。
6.根据权利要求5所述的生产方法,其特征在于,步骤(1)中,所述还原剂选自抗坏血酸、乙二胺、四硼酸钠、草酸与碘化钾复配物、氢碘酸中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述氧化石墨烯的片径为5~40μm;氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯浓度为2~8mg/ml;氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:2~5。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述发泡剂选自浓度为20~80mg/ml的C10~C20烷基苯磺酸盐水溶液。
9.根据权利要求1~8任一项所述的制备方法获得的亲油疏水石墨烯气凝胶。
10.根据权利要求9所述的亲油疏水石墨烯气凝胶在油水分离领域中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910567800.4A CN110255540B (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 亲油疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910567800.4A CN110255540B (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 亲油疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110255540A true CN110255540A (zh) | 2019-09-20 |
CN110255540B CN110255540B (zh) | 2021-03-02 |
Family
ID=67922317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910567800.4A Active CN110255540B (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 亲油疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110255540B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110763377A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-07 | 华南理工大学 | 一种超疏水压阻式压力传感器及其制备方法和应用 |
CN113999425A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-01 | 福州大学 | 一种超疏水石墨烯/聚乙烯醇气凝胶的制备方法及应用 |
CN115367738A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-11-22 | 广东墨睿科技有限公司 | 一种石墨烯气凝胶及其制备方法 |
CN116062739A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-05-05 | 广东吉美帮新材料有限公司 | 一种改性石墨烯气凝胶及其制备方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105731432A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-07-06 | 杭州师范大学 | 一种硅烷功能化石墨烯气凝胶材料的制备方法 |
CN106517160A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-03-22 | 青岛科技大学 | 一种各向同性超弹性石墨烯气凝胶的制备方法 |
CN106744912A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-05-31 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种超疏水石墨烯气凝胶的制备方法 |
CN107686107A (zh) * | 2017-08-28 | 2018-02-13 | 中国石油大学(华东) | 弹性疏水碳纳米管‑石墨烯复合气凝胶的制备方法 |
CN108083262A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-05-29 | 济南大学 | 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法 |
CN109535659A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-03-29 | 中科院广州化学有限公司南雄材料生产基地 | 一种高导热环氧树脂复合材料及其制备方法与应用 |
-
2019
- 2019-06-27 CN CN201910567800.4A patent/CN110255540B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105731432A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-07-06 | 杭州师范大学 | 一种硅烷功能化石墨烯气凝胶材料的制备方法 |
CN106517160A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-03-22 | 青岛科技大学 | 一种各向同性超弹性石墨烯气凝胶的制备方法 |
CN106744912A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-05-31 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种超疏水石墨烯气凝胶的制备方法 |
CN107686107A (zh) * | 2017-08-28 | 2018-02-13 | 中国石油大学(华东) | 弹性疏水碳纳米管‑石墨烯复合气凝胶的制备方法 |
CN108083262A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-05-29 | 济南大学 | 一种还原氧化石墨烯-二氧化硅块体气凝胶的制备方法 |
CN109535659A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-03-29 | 中科院广州化学有限公司南雄材料生产基地 | 一种高导热环氧树脂复合材料及其制备方法与应用 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110763377A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-07 | 华南理工大学 | 一种超疏水压阻式压力传感器及其制备方法和应用 |
CN110763377B (zh) * | 2019-10-21 | 2020-08-18 | 华南理工大学 | 一种超疏水压阻式压力传感器及其制备方法和应用 |
CN113999425A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-01 | 福州大学 | 一种超疏水石墨烯/聚乙烯醇气凝胶的制备方法及应用 |
CN115367738A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-11-22 | 广东墨睿科技有限公司 | 一种石墨烯气凝胶及其制备方法 |
CN116062739A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-05-05 | 广东吉美帮新材料有限公司 | 一种改性石墨烯气凝胶及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110255540B (zh) | 2021-03-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110255540A (zh) | 亲油疏水石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 | |
CN110327851A (zh) | 弹性石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 | |
Wang et al. | An ultralight, elastic, cost-effective, and highly recyclable superabsorbent from microfibrillated cellulose fibers for oil spillage cleanup | |
Guillet-Nicolas et al. | Selectively tuned pore condensation and hysteresis behavior in mesoporous SBA-15 silica: Correlating material synthesis to advanced gas adsorption analysis | |
Polarz et al. | Nanoporous materials | |
JP6297548B2 (ja) | Nfcにより安定化された発泡体 | |
CN103118979B (zh) | 气凝胶及其制造方法 | |
CN106693898B (zh) | 一种掺杂度可控的多孔还原氧化石墨烯吸油材料及其制备方法 | |
CN110156432B (zh) | 碳纤维复合石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 | |
CN104475059A (zh) | 一种海绵-硅气凝胶复合材料的制备方法 | |
CN105621384B (zh) | 一种碳材料的合成方法 | |
CN112266427B (zh) | 一种疏水琼脂糖气凝胶微球及其制备方法 | |
CN110497492A (zh) | 一种超疏水木海绵的制备方法 | |
CN105621412B (zh) | 一种三级孔道碳材料制备方法 | |
CN105621420A (zh) | 一种通过发泡制备二氧化硅气凝胶的方法 | |
Paulauskiene et al. | Investigation of cellulose-based aerogels for oil spill removal | |
Wang et al. | Alginate-oil gelator composite foam for effective oil spill treatment | |
CN110527132A (zh) | 一种超疏水木海绵及其应用 | |
CN106495140A (zh) | 一种制备超疏水性亲油性石墨烯气凝胶的方法 | |
CN107043112A (zh) | 一种改性二氧化硅气凝胶微球及其制备方法和应用 | |
CN110157014A (zh) | 一种高性能复合水凝胶在离子液体中的制备方法 | |
CN108172420A (zh) | 碳纳米球纤维杂化气凝胶超级电容器电极材料及其制备方法和用途 | |
CN107262028A (zh) | 一种超轻块状超疏水磁性柚子皮碳材料的制备方法及其用途 | |
Li et al. | Superhydrophobic sodium alginate/cellulose aerogel for dye adsorption and oil–water separation | |
CN108715444A (zh) | 一种超疏水氧化硅杂化石墨烯气凝胶微粉、制法及其应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Hydrophobic and lipophilic graphene aerogels and their preparation methods and applications Granted publication date: 20210302 Pledgee: China Construction Bank Corporation Hefei Binhu New Area sub branch Pledgor: Zhongsu New Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980016694 |
|
PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |