[发明专利]柔性块体胺改性三维石墨烯介孔材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种柔性块体胺改性三维石墨烯介孔材料的制备方法，该方法包括：一、将氧化石墨烯水溶液超声分散后调节pH值得到氧化石墨烯分散液；二、将高胺水溶液与氧化石墨烯分散液混匀超声得到混合物；三、将混合物入模后保温静置形成水凝胶；四、水凝胶脱膜后浸泡并冷冻干燥，得到柔性块体胺改性三维石墨烯介孔材料；本发明还公开了该介孔材料在吸附二氧化碳方面的应用。本发明通过控制氧化石墨烯的片层与高胺分子作用的温度和时间，实现了对介孔材料内部形貌及孔道结构的调控，提高了介孔材料的胺负载量和吸附性能，同时结合冷冻干燥法保持完整高回弹性的块体结构；本发明的介孔材料适用于多种二氧化碳气体吸附环境，应用范围广。

技术领域

本发明属于介孔吸附材料技术领域，具体涉及一种柔性块体胺改性三维石墨烯介孔材料的制备方法与应用。

背景技术

二氧化碳是化石燃料的主要燃烧产物，是导致大气温度上升、海洋酸度增加、冰川融化等环境变化的主要原因。其中，通过人类工业活动所产生的二氧化碳气体在全球温室气体中占比最大，为了减缓全球变暖进程，能够捕捉、转换以及降解大气中所存在的二氧化碳、降低其在大气中存在的浓度是目前环境形势对于新材料所提出的要求。

气凝胶是一种具有三维多孔纳米结构的新型材料，它们具有高孔隙度、高比表面积、低密度等特点，它们还具有诸如耐高温、低导热率及低折射率等特殊特性。这些优点推进了气凝胶在绝热、吸附与脱吸、光电催化、储能、吸声等各方面的广泛应用。在气凝胶中，石墨烯介孔材料是近年来备受关注的一种气凝胶，继承了石墨烯特性与气凝胶结构的双重优势。石墨烯气凝胶拥有三维多孔碳结构，内部网络骨架由石墨烯纳米片组成，片层之间不堆积。从大量研究中不难发现，由于其易于设计的孔道结构与高化学稳定性，可回收性与可重复使用性，石墨烯气凝胶一度被认为是分离空气污染物最具潜力的吸附剂之一。然而目前石墨烯吸附材料存在强度较低，成本较高，制备环境苛刻等缺陷。在专利CN107117608B公开报道的石墨烯杂化气凝胶制备方法中，发明人指出通过改变氧化石墨烯及聚乙烯亚胺的浓度可实现对气凝胶内部结构的调控；然而由于气凝胶材料形成过程中的无序性，仅通过前驱体剂量的改变并不能完全调控材料内部结构，且无法对此类吸附材料的胺负载量进行有效的控制。在专利CN110540191A中公开的多胺功能化三维石墨烯基气凝胶材料中，氮元素含量稳定介于0～17％之间，孔道结构清晰，同时实现了钍离子与稀土元素的有效吸附与分离；然而其所得材料并非块体，缺少机械强度且胺官能团负载量较低。因此，设计制备出一种低成本、结构完整可控、高胺负载量、操作相对简单的石墨烯气凝胶吸附材料是目前研究的重点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种柔性块体胺改性三维石墨烯介孔材料的制备方法。该方法以氧化石墨烯为基体，以高胺水溶液中的高胺分子为交联剂，通过控制化石墨烯的片层与高胺分子作用的温度和时间，实现了对介孔材料内部形貌及孔道结构的调控，提高了介孔材料的胺负载量和吸附性能，同时结合冷冻干燥法使得介孔材料保持完整高回弹性的块体结构，解决了多胺功能化三维石墨烯基气凝胶材料的胺负载量低、机械强度差、非块体结构的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：柔性块体胺改性三维石墨烯介孔材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将氧化石墨烯水溶液进行超声分散，然后采用氢氧化钠水溶液调节pH值，得到氧化石墨烯分散液；

步骤二、将高胺水溶液与步骤一中得到的氧化石墨烯分散液混合后搅匀并超声，得到混合物；

步骤三、将步骤二中得到的混合物入模后放置于保温箱中保温静置，形成水凝胶；

步骤四、将步骤三中形成的水凝胶脱膜，经去离子水浸泡后进行冷冻干燥，得到柔性块体胺改性三维石墨烯介孔材料。