氧化石墨烯/纤维复合材料及其吸附方法技术

本发明专利技术属于高分子材料领域，公开了一种氧化石墨烯/纤维复合材料及其吸附方法,是通过调节GO饱和水溶液的pH以及向其中加入中性电解质，控制GO在纤维/织物上的吸附量，以适应GO/纤维复合材料的各种用途需求，防止GO团聚。本发明专利技术适用于GO复合材料的制备，尤其适用于GO/纤维复合材料的制备。GO/纤维复合材料的制备。

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯/纤维复合材料及其吸附方法


[0001]本专利技术属于高分子材料领域，涉及一种纤维复合材料及其制备方法,具体地说是一种氧化石墨烯/纤维复合材料及其吸附方法。

技术介绍

[0002]现阶段，氧化石墨烯(英文名称：graphene oxide，简称：GO)与纤维复合材料的制备方法与应用已经有了很多报道。
[0003]申请号为201810153807.7的中国专利技术专利，公开了一种利用Hummers法混合酸液直接制备GO/纤维复合材料的方法，它是利用Hummers法将石墨烯氧化成GO后，直接进行纤维素吸附，这样虽然节省了工艺步骤，但是由于是使用粗产物进行吸附，导致所得复合材料的功能性偏低；同时由于Hummers法采用浓硫酸等强酸，而纤维素在强酸环境下易水解，GO在强酸环境下易发生聚沉，导致产率降低；
[0004]申请号为201110354745.9的中国专利技术专利，公开了一种氧化石墨烯/纤维复合材料及其制备方法和应用，它是通过在配制纤维素的碱性溶液中，加入氧化石墨烯，来制备复合材料，但其所配置的碱性溶液中含有大量的电解离子，导致GO在该体系下出现团聚，影响吸附效果，进而影响复合材料的性能。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的以上不足，本专利技术旨在提供一种氧化石墨烯/纤维复合材料及其吸附方法，以达到在GO/纤维复合材料的制备过程中，避免GO发生团聚以及根据复合材料的用途控制GO在纤维素上的吸附量的目的。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种氧化石墨烯/纤维复合材料的吸附方法，它是配制氧化石墨烯的水溶液，调节pH值，添加中性电解质混匀，加入基质(包括但不限于纤维素纤维、腈纶、丙纶、涤纶、氨纶)，混合，即得氧化石墨烯/纤维复合材料；
[0008]作为本专利技术的限定，所述pH值为3.5～5或9～11；
[0009]作为本专利技术的另一种限定，所述中性电解质为氯化钠、氯化钾或无水硫酸钠；
[0010]作为本专利技术的第三种限定，添加中性电解质混匀后，所述中性电解质在氧化石墨烯溶液中的浓度为1～3g/L；
[0011]本专利技术所提供的氧化石墨烯/纤维复合材料的吸附方法用于氧化石墨烯/纤维复合材料的制备。
[0012]由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，所取得的有益效果是：
[0013]本专利技术所提供的优化GO在纤维素纤维上的吸附方法，通过同时调节pH值和吸附溶液中的中性电解质浓度来控制氧化石墨烯的吸附量；
[0014]其中，调节pH值是由于pH影响了纤维素的溶胀程度、纤维素表面电荷量和GO的分散状态。在pH值低于5时，随着pH降低，GO的双电层变薄，使得GO之间的斥力降低，在水中溶
解度降低，提高GO的吸附密度，进而提高平衡吸附量；同时，纤维上的纤维素负离子数目减少，有利于GO在纤维素上吸附。而在pH大于9时，随pH升高，GO分散性变好，更易与纤维素表面结合，纤维素溶胀程度变好，可与GO有效结合的纤维表面积逐渐增大，因此平衡吸附量逐渐增大；在pH增大到11左右时，纤维已经充分溶胀，因此GO在纤维素上达到最大吸附量；
[0015]调节吸附溶液中的中性电解质浓度是加入电解质对GO在纤维素上的吸附有促进作用。当中性电解质的浓度逐渐增大时，吸附量随中性电解质含量的增加而显著增大，直到中性电解质的浓度为2.5g/L，当中性电解质浓度继续增大时，GO溶液会出现团聚。中性电解质对整个吸附过程的影响有多个方面：
①
在阳离子的屏蔽作用下，GO接近纤维表面所受斥力会大大减弱；
②
增加溶液中阳离子浓度还可以减少溶液本体和纤维界面附近的浓度差，从而降低能阻，提高GO扩散速率；
③
添加电解质还可以增加GO活度，提高吸附量；
④
添加电解质也压缩了GO的双电层，使得GO之间的斥力降低，在水中溶解度降低，提高GO的吸附密度，进而提高GO在纤维素上的吸附量；
[0016]综上所述，本专利技术所提供的GO在纤维素上的吸附方法，通过改变GO在纤维素上的吸附环境，控制GO在纤维素上的吸附量，同时防止纤维素水解，避免GO团聚。
[0017]本专利技术适用于制备GO/纤维复合材料，该材料适用于阻燃、防水、电发热、抗菌等功能性复合材料的制备。
附图说明
[0018]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作更进一步详细说明。
[0019]图1为本专利技术实施例7中相应的棕黄色GO标准溶液的吸光度与浓度的标准曲线；
[0020]图2为本专利技术实施例8中GO在纤维素纤维上的吸附速率曲线图；
[0021]图3为本专利技术实施例9中不同pH值时GO在纤维素纤维上吸附量曲线图；
[0022]图4为本专利技术实施例10中不同中性电解质浓度中GO在纤维素纤维上吸附量曲线图；
[0023]图5为本专利技术实施例11中GO在纤维素纤维上吸附等温线图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和理解本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]实施例1一种氧化石墨烯/纤维复合材料A1的吸附方法
[0026]本实施例1提供了一种氧化石墨烯/纤维复合材料的吸附方法，它是称取50g GO加到5L水中，配制成浓度为10g/L的GO水溶液，用浓度为0.1mol/L的稀盐酸调节pH值至5，加入10g氯化钠，使得GO水溶液中的氯化钠浓度为2g/L，再向其中加入4g涤纶(这里的基质包括但不限于纤维素纤维、腈纶、丙纶、涤纶、氨纶；纤维素纤维又包括但不限于天然纤维、化学纤维、棉纱线、麻纱线、粘胶线等)，在恒温水浴震荡机上，25℃震荡混合40min，过滤，干燥，即得氧化石墨烯/纤维复合材料A1。
[0027]实施例2～6氧化石墨烯/纤维复合材料A2～A6的吸附方法
[0028]实施例2～6分别提供一种氧化石墨烯/纤维复合材料的吸附方法，所述制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于部分工艺参数不同，具体工艺参数见表1。
[0029]表1：氧化石墨烯/纤维复合材料A2～A6的工艺参数数据表
[0030][0031]其他工艺参数均与实施例1相同。
[0032]实施例7GO在纤维素纤维上的吸附速率
[0033]取10mg的GO加入100mL去离子水，298K(25℃)水浴超声1h后，得到分散均匀的GO储备溶液，再分别用去离子水稀释，得到浓度为10、20、30、35、40、45和50mg/L的棕黄色GO标准溶液。
[0034]利用可见分光光度计进行测量，可知GO在去离子水溶液中的最大吸收峰为307nm，再分别对相应的棕黄色GO标准溶液的吸光度进行测量，得相应的棕黄色GO标准溶液吸光度A，绘制吸光度A与浓度C的标准曲线，参见图1，所得线性回归方程为A＝0.0071
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C+0.0188，R2＝0.9973，其中吸光度与浓度的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯/纤维复合材料的吸附方法，其特征在于：它是配制氧化石墨烯的水溶液，调节pH值，添加中性电解质混匀，加入基质，混合，即得氧化石墨烯/纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/纤维复合材料的吸附方法，其特征在于：所述pH值为3.5~5或9~11。3.根据权利要求1或2所述的氧化石墨烯/纤维复...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳宇帅，智一帆，韩雅姝，许佳，刘艳芳，张子超，任美虹，邱瑛娣，崔雪，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：