一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法技术

一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法，它涉及一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法。本发明专利技术的目的要解决现有技术无法制备闭孔氧化石墨烯海绵的问题。制备方法：一、制备氧化石墨烯；二、制备氧化石墨烯乳液；三、冷冻干燥，得到闭孔氧化石墨烯海绵。优点：一、采用强氧化剂将天然石墨进行氧化，使其表面产生含氧官能团，进而膨胀剥离得到氧化石墨烯。二、环保，简单，成本低，可重复，易于控制，可实现工艺化生产。本发明专利技术制备的闭孔氧化石墨烯海绵为石墨烯在隔热材料，船用吸声材料以及疏水材料的设计和制备方面提供一个潜在的应用前景。

Method for preparing closed cell oxidized graphene sponge

The invention relates to a preparation method of closed cell oxidized graphene sponge, which relates to a preparation method of closed cell oxidized graphene sponge. The aim of the invention is to solve the problem that the closed cell graphene oxide sponge can not be prepared by the prior art. Preparation methods: 1. Preparation of graphene oxide; two, preparation of graphene oxide emulsion; three, freeze drying, to obtain closed cell graphene oxide sponge. Advantages: first, the strong graphite is used to oxidize the natural graphite, and the oxygen functional groups are produced on the surface of the graphite, and then exfoliated and oxidized to form graphene oxide. Two, environmental protection, simple, low cost, repeatable, easy to control, can realize the process of production. The closed graphite oxide sponge prepared by the invention is graphene, and provides a potential application prospect in the design and preparation of the heat insulation material, the marine sound absorption material and the hydrophobic material.

【技术实现步骤摘要】
一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法
本专利技术涉及一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法。
技术介绍
自2004年被发现以来，石墨烯一直被看作极具潜力的材料。石墨烯是由碳原子以SP2键连接形成的蜂窝状的2D单分子层结构，由于其展现出极高的导电导热性，优异的机械强度，极大的比表面积等性质，使得石墨烯在多种领域中被广泛应用，比如超级电容，生物化学传感器，催化剂载体，透明导电薄膜等。但是石墨烯片层间存在强烈的π-π吸引作用，使得石墨烯很容易的堆叠在一起，从而阻碍了石墨烯形成各种形式的微观结构，限制了其在工业化生产中的应用。但是，对于材料本身而言，微观结构直接影响其物理性能，为了得到具有多种性能的材料，调控微观结构势在必行。氧化石墨烯是由石墨经过强酸和强氧化剂进行氧化后在石墨的层间引入含氧官能团，随后进行超声剥离得到的水溶性材料。GO主要由芳香的碳原子平面和多种含氧官能团组成，如羟基，羧基，环氧基和羰基，现在被广泛接受的氧化石墨烯的结构模型认为，GO中羧基位于平面的边缘，而羟基和环氧基主要位于面内。含氧官能团的引入，既阻碍了GO片层的堆叠，增加了其在水中的分散性，又为GO的化学功能化提供可能。由于羧基，羟基等亲水性官能团的存在，GO一直以来被看做是亲水性的材料。直到2010年，JaemyungKim,etc.发现GO不但具有亲水性，同时具有亲油性，这主要归因于GO的疏水的碳骨架，因此GO可被看作两亲性的高分子材料。基于其两亲性特征，GO在界面处的自组装引起了广大科研人员的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的要解决现有技术无法制备闭孔氧化石墨烯海绵的问题，而提供一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法。一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备氧化石墨烯：在冰浴条件下将天然石墨加入质量分数为98％的浓硫酸中，并在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌10min～40min，然后将KMnO4分4～6次加入，并在搅拌速度为300r/min～400r/min搅拌2h～2.5h，然后换掉冰浴，并置于温度为30～40℃的恒温水浴中，在搅拌速度为300r/min～400r/min搅拌30min～60min，再转转移至温度为80℃的恒温水浴锅中，并在搅拌速度为300r/min～400r/min条件下持续升温至80℃，再将蒸馏水I分4～6次加入，在搅拌速度为300r/min～400r/min搅拌15min～20min，再用蒸馏水II进行稀释，再加入稀释双氧水，然后超声处理1h～2h，再在离心速度为8000r/min离心10min，得到离心固体，然后利用蒸馏水对离心固体进行离心洗涤，洗涤至滤液pH值为5～6为止，得到洗涤后固体；在真空箱内60℃下对洗涤后固体干燥7h～8h，得到氧化石墨烯粉末；所述质量分数为98％的浓硫酸的体积与天然石墨的质量比为23mL:1g；所述KMnO4与天然石墨的质量比为6:1；所述蒸馏水I的体积与天然石墨的质量比为80mL:1g；所述蒸馏水II的体积与天然石墨的质量比为60mL:1g；所述稀释双氧水由质量分数为30％的双氧水和蒸馏水III混合而成，且质量分数为30％的双氧水与蒸馏水III的体积比为10.81:60；二、制备氧化石墨烯乳液：将氧化石墨烯粉末加入去离子水中，并超声处理1h～2h，然后加入聚乙烯醇，并在温度为90℃和搅拌速度为1000r/min～1800r/min搅拌20min～30min，然后置于温度为40℃水浴中，再加入NaCl和二苯醚，最后在8000r/min～20000r/min的速率下高速剪切1h，得到氧化石墨烯乳液；所述氧化石墨烯粉末的质量与去离子水的体积比为5mg:1mL；所述氧化石墨烯粉末与聚乙烯醇的质量比为5:1；所述氧化石墨烯粉末与NaCl的质量比为5:(3～4)；所述氧化石墨烯粉末的质量与二苯醚的体积比为50mg:2mL；三、冷冻干燥：首先在温度为-60℃将氧化石墨烯乳液冷冻30min，然后在温度为-60℃下冷冻干燥3天，得到冻干氧化石墨烯块体，再将冻干氧化石墨烯块体置于真空干燥箱中80℃下真空干燥24h，得到闭孔氧化石墨烯海绵。本专利技术优点：一、采用改进Hummers法制备氧化石墨烯。氧化过程的原理是采用强氧化剂将天然石墨进行氧化，使其表面产生含氧官能团，进而膨胀剥离得到氧化石墨烯。二、选用二苯醚作为油相，主要有两个原因：第一，二苯醚的熔点较高(28℃)，在后期的冷冻过程中，二苯醚可以先凝固，有利于形成规整的闭孔结构；第二，二苯醚中含有苯环，从而能够和氧化石墨烯中的苯环形成π-π吸引力，有利于氧化石墨烯在两相界面处吸附。但是由于氧化石墨烯在水溶液中会电离出COO-，使得片层之间存在强烈的静电排斥力，阻碍了氧化石墨烯片层在水油界面处的堆叠，破坏了乳液规整性。为了降低氧化石墨烯片层间的静电排斥，通过添加氯化钠，引入大量的反离子Na+来结合COO-，从而减弱氧化石墨烯片层的排斥力，增加片层在界面处的堆叠，极大的提高了溶液的稳定性。同时为了增加最终得到的海绵的强度，引入聚乙烯醇进行增强，最后通过控制剪切速率下制得不同粒径大小的氧化石墨烯乳液。三、将氧化石墨烯乳液在-60℃的环境下进行冷冻，随后进行冷冻干燥，保证成本制备出闭孔氧化石墨烯海绵。四、本专利技术方法环保，简单，成本低，可重复，易于控制，可实现工艺化生产。本专利技术制备的闭孔氧化石墨烯海绵为石墨烯在隔热材料，船用吸声材料以及疏水材料的设计和制备方面提供一个潜在的应用前景。附图说明图1是实施例1步骤二得到的氧化石墨烯乳液静置24h后照片；图2是实施例4步骤二得到的氧化石墨烯乳液静置24h后照片；图3是实施例1制备的闭孔氧化石墨烯海绵照片；图4是实施例4制备的氧化石墨烯海绵照片；图5是实施例1制备的闭孔氧化石墨烯海绵SEM图；图6是实施例4制备的氧化石墨烯海绵SEM图；图7是实施例2制备的闭孔氧化石墨烯海绵照片；图8是实施例3制备的闭孔氧化石墨烯海绵照片；图9是实施例1制备的闭孔氧化石墨烯海绵照片；图10是实施例2制备的闭孔氧化石墨烯海绵SEM图；图11是实施例3制备的闭孔氧化石墨烯海绵SEM图；图12是实施例1制备的闭孔氧化石墨烯海绵SEM图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备氧化石墨烯：在冰浴条件下将天然石墨加入质量分数为98％的浓硫酸中，并在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌10min～40min，然后将KMnO4分4～6次加入，并在搅拌速度为300r/min～400r/min搅拌2h～2.5h，然后换掉冰浴，并置于温度为30～40℃的恒温水浴中，在搅拌速度为300r/min～400r/min搅拌30min～60min，再转转移至温度为80℃的恒温水浴锅中，并在搅拌速度为300r/min～400r/min条件下持续升温至80℃，再将蒸馏水I分4～6次加入，在搅拌速度为300r/min～400r/min搅拌15min～20min，再用蒸馏水II进行稀释，再加入稀释双氧水，然后超声处理1h～2h，再在离心速度为8000r/min离心10min，得到离心固体，然后利用蒸馏水对离心固体进行离心洗涤，洗涤至滤液pH值为5～6为止本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法，其特征在于它具体是按以下步骤完成的：一、制备氧化石墨烯：在冰浴条件下将天然石墨加入质量分数为98％的浓硫酸中，并在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌10min～40min，然后将KMnO

【技术特征摘要】
1.一种闭孔氧化石墨烯海绵的制备方法，其特征在于它具体是按以下步骤完成的：一、制备氧化石墨烯：在冰浴条件下将天然石墨加入质量分数为98％的浓硫酸中，并在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌10min～40min，然后将KMnO4分4～6次加入，并在搅拌速度为300r/min～400r/min搅拌2h～2.5h，然后换掉冰浴，并置于温度为30～40℃的恒温水浴中，在搅拌速度为300r/min～400r/min搅拌30min～60min，再转转移至温度为80℃的恒温水浴锅中，并在搅拌速度为300r/min～400r/min条件下持续升温至80℃，再将蒸馏水I分4～6次加入，在搅拌速度为300r/min～400r/min搅拌15min～20min，再用蒸馏水II进行稀释，再加入稀释双氧水，然后超声处理1h～2h，再在离心速度为8000r/min离心10min，得到离心固体，然后利用蒸馏水对离心固体进行离心洗涤，洗涤至滤液pH值为5～6为止，得到洗涤后固体；在真空箱内60℃下对洗涤后固体干燥7h～8h，得到氧化石墨烯粉末；所述质量分数为98％的浓硫酸的体积与天然石墨的质量比为23mL:1g；所述KMnO4与天然石墨的质量比为6:1；所述蒸馏水I的体积与天然石墨的质量比为80mL:1g；所述蒸馏水II的体积与天然石墨的质量比为60mL:1g；所述稀释双氧水由质量分数为30％的双氧水和蒸馏水III混合而成，且质量分数为30％的双氧水与蒸馏水III的体积比为10.81:60；二、制备氧化石墨烯乳液：将氧化石墨烯粉末加入去离子水中，并超声处理1h～2h，然后加入聚乙烯醇，并在温度为90℃和搅拌速度为1000r/min～180...

【专利技术属性】
技术研发人员：矫维成，丁国民，王荣国，郝立峰，徐忠海，刘文博，杨帆，赫晓东，刘伟光，杨双赫，孔嘉珣，刘家印，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23