[发明专利]氨基化石墨烯薄膜的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于薄膜制备领域，具体涉及一种氨基化石墨烯薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

二维石墨烯薄膜因其独特的空间结构，理论上可以实现海水淡化和海水发电等一系列绿色环保的目标，现有石墨烯薄膜的制备方法有旋涂，化学气相沉积等方法，但是由于这些方法制备的石墨烯薄膜均处于实验室研究阶段，无法实现工业上的大规模生产，应用到生活生产中的难度更大。鉴于大规模石墨烯薄膜制备的困难和目前点击化学对氧化石墨烯的研究深入，通过功能化氧化石墨烯来制备薄膜是目前研究的热点。因此，本发明将对氧化石墨烯上的羧基基团进行氨基化修饰，制备一种对无机盐离子吸附薄膜，并可应用于CO₂的捕集和海水淡化领域。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种通过化学键连接方式将氧化石墨烯进行氨基化修饰，制备出氨基化薄膜，并将其应用于无机盐离子的吸附、CO₂气体捕集的介质和海水淡化领域。

为解决上述问题，本发明首先将氧化石墨烯上的羧基基团进行预活化处理，之后活化后的羧基与胺基化合物进行化学反应，使氧化石墨烯上嫁接氨基，并抽滤制成氨基化石墨烯薄膜，利用薄膜上氨基与无机盐阴离子间的吸附作用和GO上负电荷与无机盐阳离子的吸附作用，将该氨基化薄膜应用于无机盐离子吸附、海水淡化等领域。此外，薄膜上氨基与CO₂气体也可发生反应，便可应用与水泥或电力行业烟气中CO₂气体的捕集。

本发明的技术方案具体包括以下步骤：

（1）氧化石墨烯的制备

用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并冻干待用；

（2）氨基化石墨烯的制备

取一定量的二甲基酰胺（DMF）放入已活化的分子筛中，除水5~10h。将一定量的氧化石墨烯（GO）溶于无水二甲基酰胺中，氧化石墨溶于DMF的浓度为2~50 mg/ml，超声使GO均匀分散于DMF溶液中。再向溶液中加入相对于氧化石墨用量的30 wt%~150 wt%的活化剂，在温度为40℃~120℃反应1h~10h，使石墨烯片层上的有氧基团活化，之后加入相对于氧化石墨用量50 wt% ~150 wt%的双胺化合物，在50℃~150℃温度条件下反应10 h~36 h，使其与石墨烯片层上的活化有氧基团反应形成化学键；再将溶液倒入乙醇中静置，用去离子水离心洗涤产物；最后用旋蒸仪旋干产物，即得到氨基化的氧化石墨烯。

（3）氨基化氧化石墨烯薄膜的制备

将氨基化氧化石墨烯的和DMF按照质量比为1:10~1:30的比例混合，用细胞破碎仪超声1~2h，待分散均匀之后用聚四氟乙烯膜真空抽滤，在-0.001MPa~ -0.5MPa真空条件下将DMF溶液抽滤5min~70min，抽干得到氨基化氧化石墨烯薄膜。

作为本发明的进一步改进，其中活化剂为二环己基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、氯化亚砜中任意一种或两种按任意比例组合的混合物。

作为本发明的进一步改进，其中双胺化合物为1,8-辛二胺、4-4-次甲基-双（2-氯苯胺）、4,4-双（4-氨苯氧基)联苯中的任意一种或几种按任意比例组合的混合物。

作为本发明的进一步改进，其中化学键不仅限于共价键、离子键、氢键。

作为本发明的进一步改进，其中聚四氟乙烯薄膜的孔径为0.22um，直径为90mm。

上述方法制备的氨基化石墨烯薄膜，其上氨基带正电荷与无机盐中的阴离子发生吸附作用和GO上负电荷与阳离子间的吸附作用，同时氨基与CO₂气体发生反应，因此氨基化石墨烯薄膜可广泛应用于无机盐离子吸附、海水淡化、水泥或电力行业烟气中CO₂气体捕集。

作为本发明的进一步改进，其中氨基化石墨烯薄膜吸附无机盐离子的过程为：将氨基化石墨烯薄膜置于真空抽滤装置中取代滤纸，并把配制成不同浓度的无机盐水溶液，倒入真空抽滤装置中，抽滤无机盐即可，无机盐离子将被吸附在薄膜上，水分子穿过薄膜滴入过滤后的容器中。

作为本发明的进一步改进，其中无机盐为碳酸钠、碳酸镁、碳酸锌、高锰酸钾、氯化铁、氯化镁、氯化铜、氯化亚铁、氯化纳、硫酸钠、硫酸镁中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，其中无机盐的浓度为0.02 mg/ml~0.8 mg/ml。

作为本发明的进一步改进，抽滤无机盐在-0.001MPa~ -0.5MPa真空条件下进行。