一种双亲氧化石墨烯的制备方法以及含有该双亲氧化石墨烯的表面活性剂技术

本申请公开了一种双亲氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：(1)将氨基多元醇加入到含有氧化石墨烯的分散液中，进行亲水改性，得到前驱体I；(2)将硅烷偶联剂加入到含有前驱体I的分散液中，进行亲油改性，得到所述双亲氧化石墨烯。该方法显著改善氧化石墨烯的亲水亲油性能。

【技术实现步骤摘要】
一种双亲氧化石墨烯的制备方法以及含有该双亲氧化石墨烯的表面活性剂
本申请涉及一种双亲氧化石墨烯，属于石墨烯改性领域。
技术介绍
石墨烯是近几年发展起来的一种具有优良性能的材料，由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成，是目前发现的最薄的二维材料。这种特殊的结构使其蕴含了许多奇特的物理化学性质，如高的比表面积和优良的导热性能、力学性能及电子传递能力等。氧化石墨烯具有双亲性能，由于其表面具有大量的羟基、环氧基、羧基等含氧基团，因此具有一定的亲水性，而其环状碳骨架则具有亲油性，使氧化石墨烯整体上表现出一定的双亲性能；然而，仅靠含氧基团和碳骨架提供的双亲性有限，限制了氧化石墨烯的进一步应用。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种双亲氧化石墨烯的方法，该方法针对现有的氧化石墨烯材料双亲性能不足，难以作为表面活性物质使用；且由于氧化石墨烯亲水性不足，在水中稳定性较差的问题，改善了氧化石墨烯的亲水亲油性。所述双亲氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氨基多元醇加入到含有氧化石墨烯的分散液中，进行亲水改性，得到前驱体I；(2)将硅烷偶联剂加入到含有前驱体I的分散液中，进行亲油改性，得到所述双亲氧化石墨烯。可选地，步骤(1)中所述氨基多元醇选自葡糖胺、三(羟甲基)氨基甲烷、2-氨基-1,3-丙二醇、3-氨基-1,2-丙二醇中的至少一种。可选地，步骤(1)中所述氨基多元醇与所述氧化石墨烯的质量比为1:100～100:1；所述含有氧化石墨烯的分散液中氧化石墨烯的浓度为0.01～10mg/mL；所述含有氧化石墨烯的分散液中氧化石墨烯的粒径为10～500nm。可选地，步骤(1)中所述亲水改性的条件为：搅拌和/或超声条件下，0～40℃下反应2～20小时。可选地，步骤(1)中所述亲水改性后进行分离；所述分离的方式包括：将絮凝剂加入到亲水改性后的反应体系中，分离得到所述前驱体I。可选地，所述絮凝剂选自所述絮凝剂选自氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁中的至少一种；所述絮凝剂与所述亲水改性后的反应体系的质量比为1:10～20:1。可选地，步骤(2)中所述硅烷偶联剂选自十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。可选地，步骤(2)中所述含有前驱体I的分散液中前驱体I的质量浓度为0.01～10mg/mL。可选地，所述含有前驱体I的分散液中的溶剂为1/10～10/1v/v的醇水混合溶液。可选地，所述硅烷偶联剂与含有前驱体I的分散液的质量比为1:100～100:1。可选地，步骤(2)中所述亲油改性的条件为：搅拌、震荡、摇床中的至少一种的条件下，10～100℃下反应0.5～10小时。可选地，所述亲油改性为两段反应；第一段反应的温度为45～55℃，第一段反应的时间为0.5～5小时；第二段反应的温度为70～90℃，第二段反应的时间为0.1～5小时。可选地，所述亲油改性在pH为8～10的条件下进行；可选地，所述亲油改性在pH为9的条件下进行。可选地，步骤(2)中所述亲油改性后经分离、洗涤、干燥，得到所述双亲氧化石墨烯。根据本申请的另一个方面，提供一种所述的方法制备的双亲氧化石墨烯。该双亲氧化石墨烯大幅度改善了氧化石墨烯的双亲性能。根据本申请的又一个方面，提供一种表面活性剂，其特征在于，含有根据所述的方法制备的双亲氧化石墨烯中的至少一种。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请所提供的双亲氧化石墨烯的制备方法，制备的双亲氧化石墨烯材料具有良好活性，可明显降低界面张力；乳化性能明显改善，加入水/庚烷中可形成乳液，可稳定存在。2)本申请所提供的双亲氧化石墨烯的制备方法，由于改性后的双亲氧化石墨烯亲水性和亲油性提高，在水中和油中的溶解性明显增强。附图说明图1为实施例1中改性前氧化石墨烯的红外光谱图。图2为实施例1中改性后双亲氧化石墨烯样品1的红外光谱图。图3为本申请样品1形成的乳液的照片。图4为本申请样品1形成的乳液静置15天后的照片。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买，其中氧化石墨烯的来源为常州第六元素材料科技股份有限公司。实施例中，盐水溶液中氯化钠和水的质量比为1:100。本申请的实施例中分析方法如下：利用赛默飞世尔Nicoletis50傅里叶变换红外光谱仪进行材料化学结构分析。实施例1双亲氧化石墨烯的制备方法1)取0.5g氧化石墨烯分散在100ml去离子水中，在搅拌条件下缓慢加入0.5g葡糖胺，滴加结束后搅拌10min，随后超声反应5小时；2)反应结束后，向上述溶液加入1g氯化钠，搅拌10分钟后，离心(转速3000rpm，5min)收集沉淀；将沉淀用盐水清洗三次后，将沉淀物分散在100ml乙醇/水混合溶液(乙醇/水的体积比为50：50)中；3)在搅拌条件下向上述混合溶液中加入1g硅烷偶联剂十六烷基三甲氧基硅烷，用1mol/L氢氧化钠溶液调节整个溶液的pH值达到9，在50摄氏度下搅拌反应1小时，随后升温至80摄氏度搅拌反应5小时；4)反应结束后，冷却至室温，离心(转速3000rpm，5min)收集沉淀，用乙醇/水混合溶液(乙醇/水的体积比为50：50)离心清洗三次除去未反应的硅烷偶联剂，烘干后即可制得双亲氧化石墨烯，即为样品1。实施例2双亲氧化石墨烯的制备方法具体操作同实施例1，区别在于，步骤1)的葡糖胺采用了三(羟甲基)氨基甲烷，制备得到样品2。实施例3双亲氧化石墨烯的制备方法具体操作同实施例1，区别在于，步骤1)的葡糖胺采用了2-氨基-1,3-丙二醇，制备得到样品3。实施例4双亲氧化石墨烯的制备方法具体操作同实施例1，区别在于，步骤1)的葡糖胺采用了3-氨基-1,2-丙二醇，制备得到样品4。实施例5双亲氧化石墨烯的制备方法具体操作同实施例1，区别在于，步骤3)的硅烷偶联剂采用了十八烷基三甲氧基硅烷，制备得到样品5。实施例6双亲氧化石墨烯的制备方法具体操作同实施例1，区别在于，步骤3)的反应时间为2小时，制备得到样品6。实施例7双亲氧化石墨烯的制备方法具体操作同实施例1，区别在于，步骤3)的反应时间为4小时，制备得到样品7。实施例8双亲氧化石墨烯的红外光谱测试将实施例1中改性前的氧化石墨烯、改性后的样品1烘干后放入傅里叶变换红外光谱仪进行测试。图1为改性前的氧化石墨烯红外光谱图，图2为改性后的双亲氧化石墨烯样品1光谱图。双亲改性后的石墨烯与改性前的氧化石墨烯的红外谱图相比，可以看到改性后红外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双亲氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将氨基多元醇加入到含有氧化石墨烯的分散液中，进行亲水改性，得到前驱体I；/n(2)将硅烷偶联剂加入到含有前驱体I的分散液中，进行亲油改性，得到所述双亲氧化石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种双亲氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氨基多元醇加入到含有氧化石墨烯的分散液中，进行亲水改性，得到前驱体I；
(2)将硅烷偶联剂加入到含有前驱体I的分散液中，进行亲油改性，得到所述双亲氧化石墨烯。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氨基多元醇选自葡糖胺、三(羟甲基)氨基甲烷、2-氨基-1,3-丙二醇、3-氨基-1,2-丙二醇中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氨基多元醇与所述氧化石墨烯的质量比为1:100～100:1；
所述含有氧化石墨烯的分散液中氧化石墨烯的浓度为0.01～10mg/mL；
所述含有氧化石墨烯的分散液中氧化石墨烯的粒径为10～500nm。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述亲水改性的条件为：搅拌和/或超声条件下，0～40℃下反应2～20小时。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述亲水改性后进行分离；
所述分离的方式包括：将絮凝剂加入到亲水改性后的反应体系中，分离得到所述前驱体I；
优选地，所述絮凝剂选自所述絮凝剂选自氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁中的至少一种；
所述絮凝剂与所述亲水改性后的反应体系的质量比为1:10～20:1。

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【专利技术属性】
技术研发人员：明亮，王金剑，王耀国，
申请(专利权)人：宁波锋成先进能源材料研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33