本發(fā)明涉及一種石墨烯氣凝膠的制備方法，特別涉及一種超疏水石墨烯氣凝膠的制備方法，屬于功能材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，石油以及各種有機溶劑泄露事故的頻發(fā)對環(huán)境造成災難性影響。另外，石油和大多有機溶劑是易燃的，帶來起火、爆炸等安全隱患，對環(huán)境和人類生命財產(chǎn)的安全都造成巨大威脅。因此，吸油(有機物)材料對于保護環(huán)境，維持水質(zhì)最有重要意義。傳統(tǒng)的天然吸油材料雖然成本低，但吸附率差且吸附選擇性低。人工合成的聚合物材料，雖然改善了吸附選擇性，但吸附率依然很低且會造成二次污染。因此近年來開發(fā)了大量新型高效的吸油材料，如N摻雜氣凝膠，納米纖維素氣凝膠，超輕石墨烯-碳納米管氣凝膠，石墨烯海綿，碳納米管海綿等，這些材料吸附率高、選擇性強且可多次使用，但是由于涉及到價格和工藝、原因，導致這些新型吸油材料大規(guī)模化非常困難，限制了其實際應(yīng)用。另外回收這些吸油材料常采用燃燒的方法，考慮到石油和有機物是重要的可以再次利用的資源，一方面這是一種浪費，另一方面燃燒會造成二次環(huán)境污染。

石墨烯氣凝膠是分散介質(zhì)為空氣的凝膠，由石墨烯片層交錯堆積而成的三維連通多孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以有效避免常規(guī)石墨烯片的過度堆疊，因而石墨烯氣凝膠很好地保持了石墨烯的單層(或少數(shù)層)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的性能，具有極高的孔隙率(75-99.9％)、極低的密度(0.001-0.1g cm^-3)和大的比表面積(200-1500m²g^-1)，被廣泛用于污水處理等領(lǐng)域。石墨烯氣凝膠材料制備的一個主要難點是石墨烯片層相互聚集，導致其密度很難達到最低，繼而使其性能和應(yīng)用范圍受到很大局限。氧化石墨烯水熱還原法和模板化學氣相沉積法(CVD)是目前實現(xiàn)石墨烯氣凝膠材料大規(guī)模制備的有效方法。水熱法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯氣凝膠，但是合成的石墨烯氣凝膠結(jié)構(gòu)容易坍塌，降低了其應(yīng)用性能；而CVD方法生長條件苛刻，難以實現(xiàn)石墨烯氣凝膠的大批量生產(chǎn)；

本發(fā)明提出了一種超疏水石墨烯氣凝膠的制備方法，能夠克服以上成本高、易碎且難大尺寸大規(guī)模制備的問題，目前，國內(nèi)外公開出版物以及專利尚未見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于，為解決現(xiàn)有新型石墨烯吸油材料大規(guī)?；浅＠щy，限制了其實際應(yīng)用的技術(shù)問題，提供了一種成本低廉，合成方法簡單，易規(guī)?；a(chǎn)的可擠壓、超疏水石墨烯氣凝膠材料的制備方法。該方法利用在氧化石墨烯溶液中加入還原劑，通過常壓加熱還原氧化石墨烯，自組裝成三維石墨烯水凝膠結(jié)構(gòu)，并利用定向冷凍干燥的方法，得到石墨烯氣凝膠材料，利用長碳鏈烷氧基硅烷或者氟代長碳鏈烷氧基硅烷修飾后，得到超疏水石墨烯氣凝膠材料。通過本發(fā)明所述方法獲得的超疏水石墨烯氣凝膠材料，具有良好的超疏水性質(zhì)，較好的機械性質(zhì)及很容易大規(guī)?；a(chǎn)，具有很好的應(yīng)用價值和市場前景。

本發(fā)明所述的一種超疏水石墨烯氣凝膠的制備方法，按下列步驟進行：

a、將氧化石墨烯分散于去離子水中，超聲分散形成均一的濃度為2-8mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

b、將步驟a所得氧化石墨烯溶液中加入多巴胺0-1.5mg/mL和還原劑為抗壞血酸1-16mg/mL，磁力攪拌均勻，然后倒入容器中并密封之后，放入烘箱中加熱，溫度60-100℃，保溫時間為2-12小時，得到石墨烯水凝膠；

c、將步驟b中得到的石墨烯水凝膠，用去離子水進行浸泡、清洗后，在溫度-196℃的條件下進行定向冷凍，得到冷凍樣品，然后進行冷凍干燥，得到冷凍干燥樣品；

d、將步驟c得到的冷凍干燥樣品，放入含有濃度為1-5wt％的長碳鏈烷氧基硅烷或氟代長碳鏈烷氧基硅烷材料-乙醇溶液的密閉容器中，在溫度50-80℃下反應(yīng)3-24小時，干燥后即可得到超疏水石墨烯氣凝膠。

步驟d中所述長碳鏈烷氧基硅烷的碳鏈長度為6-30個碳原子，氟代長碳鏈烷氧基硅烷的碳鏈長度為6-30個碳原子。

所述方法獲得的超疏水石墨烯氣凝膠材料在油水分離中的應(yīng)用。

本發(fā)明所提供的超疏水石墨烯氣凝膠材料具有在空氣中超疏水(在空氣中與水的接觸角大于150°)和超親油(在空氣中與油的接觸角接近0°)的性質(zhì)。

本發(fā)明所述的一種超疏水石墨烯氣凝膠的制備方法，該方法具有操作簡便、成本低和制備工藝簡單的特點，可望實現(xiàn)石墨烯氣凝膠材料和超疏水石墨烯氣凝膠材料的大規(guī)模制備。通過本發(fā)明所述方法獲得的超疏水石墨烯氣凝膠材料，具有密度低，力學性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性好，吸油倍率高，吸油速度快，循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是一種新型、高效的油-水分離材料，在有機化學溶劑處理、含油廢水分離、泄漏原油回收等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所制得的超疏水石墨烯氣凝膠光學照片；

圖2為本發(fā)明在測量水滴或油滴表面的接觸角照片，其中，圖2a為測量水在超疏水石墨烯氣凝膠材料表面的接觸角照片；2b為測量油在超疏水石墨烯氣凝膠材料表面的接觸角照片圖；

圖3為本發(fā)明所制得的超疏水石墨烯氣凝膠對水中漂浮油的吸附過程照片圖。

具體實施方式

本實施例在本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例；

實施例1

a、將氧化石墨烯分散于去離子水中，超聲分散形成均一的濃度為2mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

b、將步驟a所得氧化石墨烯溶液中加入還原劑為抗壞血酸1mg/mL，磁力攪拌均勻，然后倒入容器中并密封之后，放入烘箱中加熱，溫度60℃，保溫時間為2小時，得到石墨烯水凝膠；

c、將步驟b中得到的石墨烯水凝膠，用去離子水進行浸泡、清洗后，在溫度-196℃的條件下進行定向冷凍，得到冷凍樣品，然后進行冷凍干燥，得到冷凍干燥樣品；

d、將冷凍干燥樣品，放入含有濃度為1wt％的碳鏈長度為6個碳原子的長碳鏈烷氧基硅烷材料-乙醇溶液的密閉容器中，在溫度50℃下反應(yīng)24小時，干燥后即得到超疏水石墨烯氣凝膠。

實施例2

a、將氧化石墨烯分散于去離子水中，超聲分散形成均一的濃度為4mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

b、將步驟a所得氧化石墨烯溶液中加入多巴胺0.5mg/mL和還原劑為抗壞血酸4mg/mL，磁力攪拌均勻，然后倒入容器中并密封之后，放入烘箱中加熱，溫度70℃，保溫時間為6小時，得到石墨烯水凝膠；

c、將步驟b中得到的石墨烯水凝膠，用去離子水進行浸泡、清洗后，在溫度-196℃的條件下進行定向冷凍，得到冷凍樣品，然后進行冷凍干燥，得到冷凍干燥樣品；

d、將冷凍干燥樣品，放入含有濃度為2wt％的碳鏈長度為12個碳原子的氟代長碳鏈烷氧基硅烷材料-乙醇溶液的密閉容器中，在溫度60℃下反應(yīng)16小時，干燥后即可得到超疏水石墨烯氣凝膠。

實施例3

a、將氧化石墨烯分散于去離子水中，超聲分散形成均一的濃度為6mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

b、將步驟a所得氧化石墨烯溶液中加入多巴胺1mg/mL和還原劑為抗壞血酸8mg/mL，磁力攪拌均勻，然后倒入容器中并密封之后，放入烘箱中加熱，溫度80℃，保溫時間為8小時，得到石墨烯水凝膠；

c、將步驟b中得到的石墨烯水凝膠，用去離子水進行浸泡、清洗后，在溫度-196℃的條件下進行定向冷凍，得到冷凍樣品，然后進行冷凍干燥，得到冷凍干燥樣品；

d、將冷凍干燥樣品，放入含有濃度為3wt％的碳鏈長度為18個碳原子的長碳鏈烷氧基硅烷材料-乙醇溶液的密閉容器中，在溫度70℃下反應(yīng)8小時，干燥后即得到超疏水石墨烯氣凝膠。

實施例4

a、將氧化石墨烯分散于去離子水中，超聲分散形成均一的濃度為8mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

b、向步驟a所得氧化石墨烯溶液中加入多巴胺1.5mg/mL和還原劑為抗壞血酸16mg/mL，磁力攪拌均勻，然后倒入容器中并密封之后，放入烘箱中加熱，溫度100℃，保溫時間為2小時，得到石墨烯水凝膠；

c、將步驟b中得到的石墨烯水凝膠，用去離子水進行浸泡、清洗后，在溫度-196℃的條件下進行定向冷凍，得到冷凍樣品，然后進行冷凍干燥，得到冷凍干燥樣品；

d、將冷凍干燥樣品，放入含有濃度為5wt％的碳鏈長度為24個碳原子的氟代長碳鏈烷氧基硅烷材料-乙醇溶液的密閉容器中，在溫度80℃下反應(yīng)3小時，干燥后即得到超疏水石墨烯氣凝膠。

實施例5

a、將氧化石墨烯分散于去離子水中，超聲分散形成均一的濃度為3mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

b、將步驟a所得氧化石墨烯溶液中加入多巴胺1mg/mL和還原劑為抗壞血酸1mg/mL，磁力攪拌均勻，然后倒入容器中并密封之后，放入烘箱中加熱，溫度95℃，保溫時間為8小時，得到石墨烯水凝膠；

c、將步驟b中得到的石墨烯水凝膠，用去離子水進行浸泡、清洗后，在溫度-196℃的條件下進行定向冷凍，得到冷凍樣品，然后進行冷凍干燥，得到冷凍干燥樣品；

d、將冷凍干燥樣品，放入含有濃度為5wt％的碳鏈長度為30個碳原子的氟代長碳鏈烷氧基硅烷材料-乙醇溶液的密閉容器中，在溫度60℃下反應(yīng)8小時，干燥后即得到超疏水石墨烯氣凝膠。

從超疏水性質(zhì)考慮，本發(fā)明所述方法制備的超疏水石墨烯氣凝膠材料具有良好的超疏水性質(zhì)，水接觸角大于150°，具有只吸油不吸水的性質(zhì)，該超疏水石墨烯氣凝膠材料一旦接觸到油水混合物，油很快被吸入超疏水石墨烯氣凝膠材料內(nèi)部，而水不被吸附，從而實現(xiàn)油水混合物的快速分離，如圖3所示。