多孔气凝胶复合材料的制备方法及多孔气凝胶复合材料技术

本发明专利技术提供一种多孔气凝胶复合材料的制备方法及多孔气凝胶复合材料，所述制备方法包括，将氧化石墨烯与改性助剂进行反应，获得预改性氧化石墨烯；将环糊精接枝到预改性氧化石墨烯上，获得环糊精改性氧化石墨烯；将阴离子改性超支化聚合物/环糊精改性氧化石墨烯和海藻酸钠进行混合制得溶胶；将溶胶与钙离子进行交联固化反应，获得凝胶，对凝胶进行冷冻干燥处理，获得多孔气凝胶复合材料。本发明专利技术所制备的多孔吸附材料具有良好的力学性能，能够通过聚阴离子的超支化聚合物实现重金属离子的诱导传递和吸附，并通过二维改性氧化石墨烯片所提供的高吸附表面和吸附基团，实现重金属离子的高效吸附和循环利用。

【技术实现步骤摘要】
多孔气凝胶复合材料的制备方法及多孔气凝胶复合材料
本专利技术涉及复合材料制备领域，尤其涉及一种多孔气凝胶复合材料的制备方法及其多孔气凝胶复合材料，具体涉及一种用于吸附重金属离子的多孔气凝胶复合材料的制备方法及其多孔气凝胶复合材料。
技术介绍
水资源是人类生命的源泉，是人类社会赖以生存和发展的基本保障，但随着工业的快速发展，水污染问题日益严重。工业废水可以分为有机物废水、无机物废水、有毒的化学物质废水、含有病原体工业废水、含有放射性工业废水等，其中绝大部分为有机污染物(如染料)和无机重金属离子。有机污染物尚可以随着时间的推移发生降解，但重金属离子无法降解，其在土壤中的沉降还会造成土壤污染，并可通过食物链进入人体，造成健康危害。因此，水体中重金属离子污染的防范和处理十分必要。重金属离子污染的常规处理方法包括吸附、膜分离、离子交换、化学沉降等，其中吸附法简单易用、成本低廉、不易产生二次污染，受到广泛关注和应用。气凝胶材料是一种具有极低密度和超高比表面积的三维多孔材料。由于其高比表面积的特征，可作为高效的吸附剂材料。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，具有大量含氧基团，如羟基、羧基、环氧基、羰基。与石墨烯相比，其不仅具有石墨烯的单层碳原子的二维片状结构，并且能够溶于水等多数溶剂，可反应性强，能够改性制备一系列功能材料，且容易制备，可大规模工业化生产，成本低廉。因此，以氧化石墨烯为基材制备的气凝胶具有超低密度，超高比表面积，能够作为高效的重金属离子吸附剂使用。但目前氧化石墨烯基多孔气凝胶吸附剂材料尚存在不足，如饱和吸附量有待提高，结构稳定性欠缺等。这主要是由于虽然氧化石墨烯具有超高的比表面积，但能够对重金属离子产生有效吸附作用的活性基团少。并且多孔气凝胶虽然内部空隙提高了其比表面积，但曲折的空隙及气压使得重金属离子很难向气凝胶内部渗透。因此，综合设计开发具有良好力学性能和高效吸附性能的氧化石墨烯基多孔气凝胶材料具有重要意义，并且具有广阔的应用前景。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术公开了一种多孔气凝胶复合材料的制备方法及其复合材料，所述制备工艺简单，制备的多孔气凝胶复合材料具有诱导捕捉，高效吸附固着功能，和优异力学性能的。具体技术方案如下所述：第一方面，本专利技术提供一种多孔气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将氧化石墨烯与改性助剂进行反应，获得预改性氧化石墨烯；S2、将环糊精接枝到预改性氧化石墨烯上，获得环糊精改性氧化石墨烯；S3、将阴离子改性超支化聚合物、环糊精改性氧化石墨烯和海藻酸钠进行混合制得溶胶；S4、将溶胶与钙离子进行交联固化反应，获得凝胶，对凝胶进行冷冻干燥处理，获得多孔气凝胶复合材料。进一步地，步骤S1中，所述改性助剂为环氧氯丙烷，所述环氧氯丙烷与氧化石墨烯原料的重量比为5:1～50:1。进一步地，步骤S1具体包括：S11、以氧化石墨烯为原料配制浓度为1～10g/L的氧化石墨烯水溶液，利用氢氧化钠溶液调节水溶液pH值到9～10，并加热至50～60℃；S12、将环氧氯丙烷加入步骤S11中配制的溶液中，在50～60℃温度下反应2～5小时，离心后获得预改性氧化石墨烯。进一步地，步骤S2具体包括，S21、将步骤S1中得到的预改性氧化石墨烯分散到碳酸盐缓冲液中，获得预改性氧化石墨烯溶液，其中，预改性氧化石墨烯溶液的浓度为1～10g/L；S22、将环糊精加入到预改性氧化石墨烯溶液中在50～60℃下反应2～5小时，再经离心洗涤，获得环糊精改性氧化石墨烯，其中，所述环糊精与氧化石墨烯原料的重量比为4:1～20:1。进一步地，所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精及其衍生物中的至少一种或多种混合。进一步地，步骤S3具体包括：S31、将海藻酸钠加入到去离子水中搅拌溶解，获得海藻酸钠水溶液；S32、将阴离子改性超支化聚合物和步骤2获得的环糊精改性氧化石墨烯依次加入到步骤S31获得的海藻酸钠水溶液中，超声0.5～1小时，并搅拌0.5～1小时，获得溶胶。进一步地，步骤S31中，所述海藻酸钠重量为0.5％～3％；步骤S32中，加入的阴离子改性超支化聚合物的量为0.01％～0.4％，加入的环糊精改性氧化石墨烯的量为0.01％～0.2％。进一步地，所述阴离子改性超支化聚合物为端羧基超支化聚合物、末端接枝含阴离子基团的水溶性端氨基超支化聚合物以及末端接枝含阴离子基团的水溶性端羟基超支化聚合物中的一种或多种组合，所接枝的含阴离子基团为羧酸盐和/或磺酸盐。进一步地，步骤S4具体包括，将碳酸钙和葡萄糖酸内脂加入到所述溶胶中搅拌静置，获得凝胶，对凝胶进行冷冻和冷冻干燥处理，获得多孔气凝胶复合材料，其中，加入的碳酸钙的量为0.1％～1％，加入的葡萄糖酸内脂的量为0.025～0.5％，冷冻处理时间为8小时，冷冻干燥时间为48小时。第二方面，本专利技术还提供一种多孔气凝胶复合材料，其采用第一方面所述的方法制得。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术以环氧氯丙烷为接枝改性助剂将环糊精接枝到氧化石墨烯片上，然后以一定重量比将环糊精改性氧化石墨烯、海藻酸钠和阴离子改性超支化聚合物进行混合，并通过钙离子交联固化形成凝胶，利用冷冻干燥技术制备成具有高比表面积、高孔隙率的多孔气凝胶材料。2、本专利技术的制备方法，其通过掺杂具有聚阴离子效果的改性超支化聚合物使得制备得到多孔吸附材料能够主动诱导带正电的重金属离子向材料内部迁移，从而提高了多孔材料的整体吸附效果。3、本专利技术的制备方法，其利用环糊精对氧化石墨烯进行改性，不仅使制备得到的多孔吸附材料具有很高的比表面积，而且在其内部孔壁上生成了大量具有吸附功能的活性位点，从而改善了氧化石墨烯基多孔材料的吸附效果。4、本专利技术的制备方法，其通过海藻酸钠，以钙离子为交联固着剂，赋予了多孔气凝胶材料优异的力学性能，能够多次重复利用而不发生结构坍塌，从而有效实现了该多孔材料的可重复利用性能。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本专利技术方法所制备的多孔气凝胶复合材料的电镜照片，其中，(a)至(f)为不同改性氧化石墨烯浓度对应的电镜照片；图2是图1中的(f)的电镜照片；图3是氧化石墨烯接枝环糊精改性的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、将氧化石墨烯与改性助剂进行反应，获得预改性氧化石墨烯；/nS2、将环糊精接枝到预改性氧化石墨烯上，获得环糊精改性氧化石墨烯；/nS3、将阴离子改性超支化聚合物、环糊精改性氧化石墨烯和海藻酸钠进行混合制得溶胶；/nS4、将溶胶与钙离子进行交联固化反应，获得凝胶，对凝胶进行冷冻干燥处理，获得多孔气凝胶复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将氧化石墨烯与改性助剂进行反应，获得预改性氧化石墨烯；
S2、将环糊精接枝到预改性氧化石墨烯上，获得环糊精改性氧化石墨烯；
S3、将阴离子改性超支化聚合物、环糊精改性氧化石墨烯和海藻酸钠进行混合制得溶胶；
S4、将溶胶与钙离子进行交联固化反应，获得凝胶，对凝胶进行冷冻干燥处理，获得多孔气凝胶复合材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述改性助剂为环氧氯丙烷，所述环氧氯丙烷与氧化石墨烯原料的重量比为5:1～50:1。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
S11、以氧化石墨烯为原料配制浓度为1～10g/L的氧化石墨烯水溶液，利用氢氧化钠溶液调节水溶液pH值到9～10，并加热至50～60℃；
S12、将环氧氯丙烷加入步骤S11中配制的溶液中，在50～60℃温度下反应2～5小时，离心后获得预改性氧化石墨烯。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括，
S21、将步骤S1中得到的预改性氧化石墨烯分散到碳酸盐缓冲液中，获得预改性氧化石墨烯溶液，其中，预改性氧化石墨烯溶液的浓度为1～10g/L；
S22、将环糊精加入到预改性氧化石墨烯溶液中在50～60℃下反应2～5小时，再经离心洗涤，获得环糊精改性氧化石墨烯，其中，所述环糊精与氧化石墨烯原料的重量比为4:1～20:1。


5.根据权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：计虎泉，沈黎，张德锁，
申请(专利权)人：海泰纺织苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32