[发明专利]一种新型聚乙烯胺/（氧化石墨烯-碳纳米管）复合气凝胶的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种聚乙烯胺/（氧化石墨烯‑碳纳米管）复合气凝胶材料的制备方法及应用。涉及采用湿法沉淀和冷冻干燥法将聚乙烯胺负载到氧化石墨烯‑碳纳米管杂化体上，从而形成复合气凝胶。本发明中的吸附材料具有大的比表面积，较高的孔隙率和丰富的吸附位点，因此该吸附材料具有吸附量大、吸附平衡快，吸附范围广，稳定性好等优点。该吸附材料对萘酚的最大吸附量为403mg·g^‑1，对亚甲基蓝的最大吸附量为550mg·g^‑1。

技术领域

本发明设计了一种新型聚乙烯胺/（氧化石墨烯-碳纳米管）复合气凝胶吸附材料的制备方法以及用该吸附材料对模拟废水中的萘酚及亚甲基蓝的测定。

背景技术

近几年，随着工业化的迅速发展，水污染已成为一个重要的环境问题，大量的有机、无机及重金属污染物被排放到水源中，严重影响了水生生物及人类的健康，同时加剧了生态环境的恶化。因此，对废水中的各种污染物采取一定的措施是很有必要的。

吸附法由于它的成本相对较低和易于操作等优点被认为是一种有效和环境友好的方法。但是一些传统吸附剂，例如活性炭、沸石、高分子材料等由于其稳定性与吸附量有限，导致吸附材料在应用中存在很多限制。因此，制备一种高效，全能，吸附性能优异的材料成为了一个值得关注的问题。材料的吸附能力取决于温度，pH值，污染物浓度以及吸附剂材料本身的固有特性（例如密度，孔隙率和亲油性/疏水性）等因素。近年来，具有较大比表面积和丰富活性吸附位点的碳纳米材料（碳纳米管，石墨烯等）作为净水材料的基体引起了广泛关注。近年来，以石墨烯和碳纳米管为代表的碳基材料吸附剂成为了备受关注的明星材料。这主要得益于碳基材料不但具备良好的化学稳定性，结构的多样性，密度低，适合大批量生产等优点，同时具有良好的吸附性能。但是由于其表面官能团数量有限，因此限制了其吸附能力。聚乙烯胺是一种长链大分子，它具有大量的活性氨基基团，为材料提供了大量的吸附位点，同时聚乙烯胺可以使氧化石墨烯交联，增大孔隙率及表面积。氧化石墨烯气凝胶是一种合成的多孔凝胶，其中气体占据了结构总体积的90-99％。这种多孔凝胶可以保持三维和高度多孔的网络而没有结构收缩。气凝胶具有极高的孔隙和率较大的比表面积，可以显著提高材料的吸附能力。因此，以氧化石墨烯为基体制备合成气凝胶用作吸附材料具有很好的应用前景。其中，碳纳米管与石墨烯通过π-π共轭作用结合成稳定的杂化体，碳纳米管的加入解决了石墨烯局部易团聚的问题，增加了石墨烯层间距，聚乙烯胺作为交联剂在氧化石墨烯片层间形成三维网状结构，大大增加了材料的表面积和空隙率，同时使更多的吸附位点暴露在表面，显著提高了材料的吸附能力。

以氧化石墨烯、碳纳米管为基体，将聚乙烯胺负载到氧化石墨烯上，聚乙烯胺作为交联剂在氧化石墨烯片层间形成三维网状结构，制备了聚乙烯胺/（氧化石墨烯-碳纳米管）复合气凝胶材料。该吸附材料具有良好的机械性能，较大的比表面积，较高的孔隙率和丰高的吸附位点使其具备了优异的吸附量和快的吸附效率。为废水处理尤其是工业污水的处理提供了一种理想的新型功能化吸附材料，为环境污染物的处力和废物回收利用提供了简单易行的方法和手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的聚乙烯胺/（氧化石墨烯-碳纳米管）复合气凝胶材料的制备方法及其应用。

（一）聚乙烯胺/（氧化石墨烯-碳纳米管）复合气凝胶材料的制备

（1）氧化石墨烯的制备

将石墨粉、高锰酸钾冰水浴机械混匀后滴加混合酸，加热回流一定时间，冰水浴条件下加入双氧水，直至不在发生氧化反应，得到金黄色的溶液。得到的生成物用去离子水进行离心、洗涤，得到表面功能化的氧化石墨烯溶液。其具体参数：混合酸中浓硝酸与浓硫酸的体积比为1：5～1：15，石墨粉与高锰酸钾的质量比为1：5～1：10，活化温度50～75℃，活化时间12～18h。

（2）氧化石墨烯-碳纳米管的制备