[发明专利]一种石墨烯气凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯气凝胶的制备方法，将预还原氧化石墨烯溶胶喷涂得到的样品经过冷冻干燥、热还原处理得到石墨烯气凝胶薄膜，向石墨烯气凝胶薄膜中加入纳米贵金属，制备得到用于石墨烯气凝胶。与现有技术相比，本发明通过和亲水材料复合，调节石墨烯气凝胶的亲疏水性，在石墨烯气凝胶薄膜中加入纳米贵金属，进一步提高材料的光热性质，促进海水或废水的水蒸发效率。

技术领域

本发明涉及一种涉及海水淡化和废水处理领域，尤其是涉及用于海水淡化或废水处理的石墨烯气凝胶的制备方法。

背景技术

石墨烯气凝胶是指以石墨烯为主体的三维多孔网络结构，有时也被称为3D石墨烯，石墨烯海绵或石墨烯泡沫。它具有石墨烯的纳米特性和气凝胶的宏观结构，一般具有轻多孔，良好的光热性质和机械性能等优点。石墨烯气凝胶独特的结构不仅能够充分利用单层石墨烯优异的理化性质，而且解决了石墨烯片层间易团聚的难题。因此，石墨烯气凝胶在超级电容器、催化载体、污染物吸附、海水淡化等领域中都具有广阔的应用前景。

自2010年，清华大学的石高全课题组报道了通过水热法制备石墨烯气凝胶以来，该结构独特的魅力就吸引了研究者的广泛关注，进而开拓了多种石墨烯气凝胶的制备方法。石墨烯气凝胶的制备方法一般有原位组装法、诱导组装法、模板法以及化学交联法等。

随着人们逐渐意识到纯净水资源的匮乏，越来越亟需大规模、低成本的海水淡化或污水处理方法来解决用水问题。传统的海水淡化和污水处理方法多依赖于采用易吸附材料、添加化学物质进行反应、蒸馏等方式。其缺点为效率低，成本高，不易操作等。

为了达到大规模快速进行海水淡化和废水处理的技术要求，需要做出孔径连通、孔隙率高、比表面积大，吸光度高，导热率好，具有一定强度，成本可控的大面积多孔材料。

经过对现有技术的检索发现，很少有研究报道孔径分布均匀、孔隙率高、比表面积大，回弹性好，经济实用的大面积海水淡化或废水处理材料，也少有大规模石墨烯气凝胶用于海水淡化或废水处理的报道。清华大学的曲良体等人(石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途，中国专利CN 108002366A采用将石墨粉进行氧化剥离处理得到氧化石墨烯水溶液。将氧化石墨烯水溶液与低凝固点溶剂混合进行冷冻干燥处理后，对其进行还原得到石墨烯太阳能水清洁泡沫。但是该现有技术中，采用溶剂混合后直接冷冻干燥的方法不可避免地会造成氧化石墨烯的堆叠，所制备的大面积石墨烯海绵孔隙率低，不能达到石墨烯气凝胶轻质高弹，孔径连通的独特性质。另外，石墨烯泡沫的性质不易调控，不能充分提高光热转换效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于海水淡化或废水处理的石墨烯气凝胶的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于海水淡化或废水处理的石墨烯气凝胶的制备方法，将一定浓度的预还原氧化石墨烯溶胶喷涂得到的样品再经过冷冻干燥及热还原处理后即得到大面积的超轻多孔石墨烯气凝胶薄膜。在石墨烯气凝胶薄膜中加入纳米贵金属，进一步提高材料的光热性质，促进海水或废水的水蒸发效率。

所述预还原氧化石墨烯溶胶中氧化石墨烯浓度为5-50mg/ml，采用的溶剂为水。

在预还原氧化石墨烯溶胶中含有还原剂，还原剂与氧化石墨烯的质量比为0.01-20。可以选自NaBH₄、抗坏血酸、乙二胺或水合肼中的一种或多种。

在预还原氧化石墨烯溶胶中含有亲水材料，使用的亲水材料为海藻酸钠，亲水材料和石墨烯的质量配比为1:1～1:10，通过复合亲水材料，调节石墨烯气凝胶的亲疏水性。