一種高效石墨烯吸油材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種吸油材料的制備方法及制備得到的吸油材料，確切講本發(fā)明涉 及一種高效石墨烯吸油材料的制備方法，以及用這種方法制備的高效石墨烯吸油材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于原油的泄露和工業(yè)有機(jī)溶劑的污染，全球的水污染問題正變得越來越嚴(yán)重。 據(jù)統(tǒng)計，每天全球有近千萬噸的油類通過各種途徑進(jìn)入水體進(jìn)而污染水體環(huán)境。這種油污 的排放對河流、海洋及生態(tài)環(huán)境造成了致命的破壞。所以，有效的油品回收技術(shù)和含油廢水 凈化材料的研究開發(fā)倍受關(guān)注，其中，對吸油材料的研究成為了解決油污染問題的關(guān)鍵。
[0003] 從環(huán)境保護(hù)的角度，這些含有油類的廢水在排放之前必須要經(jīng)過專業(yè)處理。就現(xiàn) 有的吸附材料來看，活性炭，碳納米管是目前使用最常規(guī)的材料。這些材料具有化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定，比表面積大，孔結(jié)構(gòu)分布范圍廣和可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點被用于廢水處理。但這 兩種材料也存在著缺陷：如活性炭吸附量不高，吸附速率較慢（Toledo B I，F(xiàn)erro-Garcia M A, Rivera-Utrilla J, et al. Bisphenol A removal from water by activated carbon:effects of carbon characteristics and solution chemistry [J]. Environ Sci Technol，2005, 5, 39(16) :6246-6250.);碳納米管的吸附效果較好，但其大規(guī)模生產(chǎn)的成本 較高。(Kuo C Y. Comparison with as-grown and microwave modified carbon nanotubes to removal aqueous bisphenol A [J]. Desalination, 2009, 249(3):976-982.) 石墨烯因比表面積大，機(jī)械強(qiáng)度高，密度小，環(huán)境友好等特性而引起人們的廣泛關(guān)注， 石墨烯可以大規(guī)模制備為實際應(yīng)用提供了條件。但石墨烯在處理油污染方面的實際效果 并不理想，突出的缺點是吸附比率并不好，吸附率最高達(dá)到自重的86倍；雖然已有報道制 備的石墨烯吸附倍率較高，但制備工藝太過復(fù)雜，不適合用于實際應(yīng)用（Bi, H C. Highly enhanced performance of spongy graphene as an oil sorbent [J]. Mater. Chem. A, 2014，2，1652 - 1656)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種可克服現(xiàn)有技術(shù)不足的，能制備出具有高的油吸附效應(yīng)，且制備 工藝更為簡單的高效石墨烯吸油材料的制備方法，以及用這種方法制備的高效石墨烯吸油 材料。
[0005] 本發(fā)明的高效石墨烯吸油材料的制備方法是：將含氮還原劑加入到氧化石墨烯水 溶液中，再在120?200 °C進(jìn)行充分反應(yīng)，然后將固液分離出反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行冷凍干燥處理， 得到商效石墨稀吸油材料。
[0006] 本發(fā)明的高效石墨烯吸油材料的制備方法具體實施例中，氧化石墨烯水溶液中氧 化石墨烯與水的比例為1克956毫升至1克1000毫升，含氮還原劑與氧化石墨烯的體積比 為> 0?彡1:29。
[0007] 本發(fā)明的實施例中所用的含氮還原劑最優(yōu)為水合肼，氧化石墨烯水溶液的濃度為 2 mg/ml，水合肼與氧化石墨烯的體積比為1:74~1:29。
[0008] 在本發(fā)明中反應(yīng)物的干燥處理只能用冷凍干燥的方式，這樣得到的石墨烯為多孔 三維結(jié)構(gòu)，而采用其它的干燥方式(如加熱直接干燥）所得石墨烯的片層結(jié)構(gòu)會堆積在一 起，會極大影響產(chǎn)物的吸油性能。
[0009] 相關(guān)研究表明，本發(fā)明中所使用的含氮還原劑在吸油石墨烯的形成過程中不僅是 還原劑，而且也是氮源的摻雜組分，在氮元素的作用下，可大大提高了產(chǎn)物的吸油性能，使 所得到的材料具有對各類油具有最大的吸附效果。
[0010] 本發(fā)明相關(guān)試驗確定了石墨烯在反應(yīng)時中所加入的含氮還原劑的體積量和相應(yīng) 反應(yīng)控制的最佳參數(shù)，可使產(chǎn)物達(dá)到了對油類的更高的吸附比重。試驗表明，本發(fā)明的產(chǎn)物 其吸附量能達(dá)到自重的120~180倍；本發(fā)明具體制備過程表明其制造成本低，制備工藝簡 單，不污染環(huán)境，可以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實施例一制備的高效石墨烯吸油材料掃描電鏡照片。
[0012] 圖2為本發(fā)明實施例四制備的高效石墨烯吸油材料掃描電鏡照片。
[0013] 圖3為本發(fā)明實施例四制備的高效石墨烯吸油材料X射線光電子能譜照片。
[0014] 圖4為本發(fā)明實施例五制備的高效石墨烯吸油材料掃描電鏡照片。
[0015] 圖5為本發(fā)明實例一、二、三、四、五制備的高效石墨烯吸油材料對各種油的吸附 比率。圖中縱坐標(biāo)是吸附比重 圖6為本發(fā)明實例四、六、七、八、九制備的高效石墨烯吸油材料對各種油的吸附比 率。圖中縱坐標(biāo)是吸附比重。
【具體實施方式】
[0016] 下述實施方式的高效石墨烯吸油材料的具體制備方法如下： 1)對石墨原料進(jìn)行氧化處理制備氧化石墨烯溶液，本實施例中優(yōu)選純度不低于 99. 5%的天然鱗片石墨為原料，但也可以所使用的其它各種形態(tài)石墨粉，如鱗片石墨，結(jié) 晶狀石墨等。本發(fā)明的實施例中石墨烯溶液是利用hummers法制備的。
[0017] 2)將一定量的含氮還原劑加入到氧化石墨烯溶液中，得到混合溶液。
[0018] 3)混合溶液和去離子水放到反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放到烘干箱進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度 為 120~200 °C，時間為 6~20 h。
[0019] 4)將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，然后對固體進(jìn)行冷凍干燥處理，凍干溫度為60~100 °C，凍干時間為8~12 h，即可得到高效石墨烯吸油材料。
[0020] 高效石墨烯吸油材料吸附比重的測試方法是：將制備的石墨烯吸油材料切割成小 塊，并稱取每塊質(zhì)量，記為W 7干。然后將每塊石墨烯吸油材料放入待吸附的油類中，石墨 稀吸油材料充分吸附待測液，最后稱取每塊石墨稀吸油材料的重量，記為好免，則石墨 烯吸油材料的吸附比重由下式計算得出：
【主權(quán)項】
1. 一種高效石墨烯吸油材料的制備方法，其特征在于將含氮還原劑加入到氧化石墨烯 水溶液中，再在120?200 °C進(jìn)行充分反應(yīng)，然后將固液分離出反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行冷凍干燥處 理，得到商效石墨稀吸油材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效石墨烯吸油材料的制備方法，其特征在于氧化石墨烯水 溶液中氧化石墨烯與水的比例為1克956毫升至1克1000毫升，含氮還原劑與氧化石墨烯 的體積比為> 〇~彡1:29。
3. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效石墨烯吸油材料的制備方法，其特征在于所用的含氮還 原劑最優(yōu)為水合肼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效石墨烯吸油材料的制備方法，其特征在于氧化石墨烯水 溶液的濃度為2 mg/ml，水合肼與氧化石墨烯的體積比為1:74~1:29。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高效石墨烯吸油材料的制備方法，以及用這種方法制備的高效石墨烯吸油材料。本發(fā)明的高效石墨烯吸油材料的制備方法是：將含氮還原劑加入到氧化石墨烯水溶液中，再在120～200 oC進(jìn)行充分反應(yīng)，然后將固液分離出反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行冷凍干燥處理，得到高效石墨烯吸油材料。本發(fā)明的產(chǎn)物其吸附量能達(dá)到自重的120~180倍；本發(fā)明制造成本低，制備工藝簡單，不污染環(huán)境，可以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C02F1-28, B01J20-30, C02F1-40, B01J20-20
【公開號】CN104525118
【申請?zhí)枴緾N201510000804
【發(fā)明人】高輝, 楊雯龍, 趙宇
【申請人】蘭州大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月4日