【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境修复材料，具体涉及一种石墨烯气凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着石油化工产业的飞速发展，在生产过程中会产生大量的油类及有机污染物废液，造成了严峻的生态环境及人类健康问题。有效地解决油类和有机废液造成的环境污染问题并实现回收再利用一直是人们亟待解决的难点之一。传统的解决油类污染问题主要通过生物法、气浮法、絮凝法、膜分离法和吸附法等。而吸附法在处理油类物质泄漏和回收再利用时表现出操作简便、环境友好、效率高、成本低和无二次污染等优势而成为人们研究和应用的热点。该技术的原理是非极性油分子可以被疏水材料物理吸附，通常需要材料具有高表面积和多孔结构。因此，羊毛、棉花、活性炭、聚合物泡沫、天然纤维素等多孔结构材料被大量用于油水分离。然而，由于大多数材料孔隙结构强度较差，吸附能力较低，此外，这些材料的选择性较差，对油和水具有同时吸附性，致使其分离效率较低。石墨烯是一种二维材料，由一层或多层排列成六元环的碳原子构成，具有2630m2/g的理论比表面积和优异的传输性能。超大的比表面积与石墨烯固有的疏水性相结合，使石墨烯成为油水分离领域极具竞争力的材料。
2、迄今为止，将石墨烯用于油水分离最有希望的方法是构建多孔结构以及进行疏水改性。将二维的石墨烯组装成三维石墨烯气凝胶是近年来的研究热点。三维石墨烯气凝胶具有固定的宏观块状结构，便于回收利用，而且还具备了低密度、高孔隙率和结构调控灵活等特点。cn106744912a公开了一种超疏水石墨烯气凝胶的制备方法，该方法利用在氧化石墨烯溶液中加入还原剂，通过常压加热还原氧
3、三维石墨烯气凝胶具有固定的宏观块状结构，便于回收利用，而且还具备了低密度、高孔隙率和结构调控灵活等特点，使其成为油水分离领域极具竞争力的材料。然而，利用氧化石墨烯制备石墨烯气凝胶存在一系列的问题，使用水热还原自组装法制备出的三维石墨烯气凝胶机械性能差，脆性比较大，容易发生坍塌，这限制了它的广泛应用。如何通过结构设计实现优异机械性能、高吸附能力以及超疏水性？针对以上问题，本专利技术从石墨烯气凝胶结构设计和疏水改性出发，制备高吸附性能的疏水性石墨烯气凝胶。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的在气凝胶反应时加入疏水链段改性，疏水链段大量与石墨烯表面的活性基团反应占用了交联结构所需的活性基团，导致交联结构不充分，因此其孔隙率低，机械性能差等问题，提供一种石墨烯气凝胶及其制备方法与应用。本专利技术所述方法在气凝胶制备完成之后在其表面进行疏水改性，更有效率地提高疏水性，此外，疏水链段与气凝胶表面的聚多巴胺反应接枝，并未占用氧化石墨烯本身的活性位点，因此交联结构稳定，实现高强度。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面了提供一种石墨烯气凝胶的制备方法，该方法包括以下步骤：
3、s1、将多巴胺改性碳纳米管水溶液、氧化石墨烯分散液和铁盐混合进行水热反应，并将所得产物进行冷冻干燥；
4、s2、将步骤(1)所得产物加入ph值为7.5～10的十八胺溶液中进行反应。
5、优选地，多巴胺改性碳纳米管、氧化石墨烯、铁盐和十八胺的用量的重量比为1：50～600：5～80：2～300，更优选为1：100～500：10～50：10～200。
6、优选地，所述多巴胺改性碳纳米管水溶液的制备方法包括：将多巴胺改性碳纳米管在水中球磨20～40min。
7、优选地，所述多巴胺改性碳纳米管水溶液的浓度为0.03～0.04g/l。
8、优选地，所述多巴胺改性碳纳米管的制备方法包括：将碳纳米管在多巴胺水溶液中超声，并采用三羟甲基氨基甲烷将混合溶液的ph值调节至8～9，搅拌，然后对所得产物进行固液分离，并对固体部分进行洗涤、干燥。
9、优选地，所述碳纳米管与所述多巴胺的用量的重量比为1：1～10，更优选为1：4～6，进一步优选为1：4～4.5。
10、优选地，所述多巴胺水溶液的浓度为1.5～3g/l。
11、优选地，所述搅拌条件包括：搅拌温度为15～35℃，搅拌时间为20～30h。
12、优选地，所述洗涤过程包括：用蒸馏水对固体部分进行多次洗涤，直至洗涤液为中性。
13、优选地，所述干燥条件包括：干燥温度为60～100℃，干燥时间为2～5h。
14、优选地所述氧化石墨烯分散液的制备方法包括：将氧化石墨烯在水中超声3～5小时。
15、优选地，所述氧化石墨烯分散液的浓度为2～4g/l。
16、优选地，所述氧化石墨烯的制备方法包括：
17、(1)在冰水浴搅拌下将石墨加入浓硫酸中，然后加入高锰酸钾，溶液变为墨绿色后继续在冰水浴中搅拌15～20min，然后在常温下搅拌20～30h；
18、(2)继续在冰水浴条件下搅拌，并加入去离子水，溶液颜色由墨绿色变为棕红色，并产生气泡，然后加入双氧水，溶液颜色由棕红色变为亮黄色；
19、(3)对步骤(2)所得的溶液进行过滤，然后对固体部分进行洗涤、冷冻干燥；
20、(4)将步骤(3)所得产物以0.5～2g/l的浓度在水中超声1-2h，然后冷冻干燥，得到氧化石墨烯。
21、优选地，步骤(1)中，所述石墨与所述浓硫酸的用量的固液比为1g:40～60ml，所述浓硫酸的浓度≥98重量％。
22、优选地，步骤(1)中，所述石墨与所述高锰酸钾的用量的重量比为1:3～4，所述高锰酸钾在15～25分钟加入。
23、优选地，在步骤(2)中，所述双氧水与步骤(1)中石墨的用量的液固比＞1.5ml:1g。
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【技术保护点】
1.一种石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多巴胺改性碳纳米管、氧化石墨烯、铁盐和十八胺的用量的重量比为1：50～600：5～80：2～300，优选为1：100～500：10～50：10～200。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多巴胺改性碳纳米管水溶液的制备方法包括：将多巴胺改性碳纳米管在水中球磨20～40min；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述多巴胺改性碳纳米管的制备方法包括：将碳纳米管在多巴胺水溶液中超声，并采用三羟甲基氨基甲烷将混合溶液的pH值调节至8～9，搅拌，然后对所得产物进行固液分离，并对固体部分进行洗涤、干燥。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管与所述多巴胺的用量的重量比为1：1～10，优选为1：4～6，更优选为1：4～4.5；
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的制备方法包括：将氧化石墨烯在水中超声3～5小时；
7.根据
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述石墨与所述浓硫酸的用量的固液比为1g:40～60mL，所述浓硫酸的浓度≥98重量％；
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述铁盐选自六水合氯化铁、无水氯化铁、硫酸铁和硝酸铁中的一种或两种以上。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，多巴胺改性碳纳米管水溶液、氧化石墨烯分散液和铁盐混合的过程包括：将所述多巴胺改性碳纳米管水溶液加入所述氧化石墨烯分散液中搅拌8～15分钟，然后加入铁盐搅拌0.5～1.5分钟。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述水热反应的条件包括：温度为80～150℃，优选为100～120℃；时间为8～16h，优选为10～14h。
12.根据权利要求1-11中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述冷冻干燥的条件包括：温度为-70-30℃；压力为0.5-1.5Pa；时间为12-48h。
13.根据权利要求1-12中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述十八胺溶液的制备方法包括：将十八胺溶于乙醇中，并采用三羟甲基氨基甲烷将pH值调节至7.5～10；
14.根据权利要求1-13中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述反应条件包括：温度为30～70℃，优选为40～60℃；时间为24～60h，优选为40～55h。
15.根据权利要求1-14中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤S2还包括：反应结束后采用乙醇对所得产物进行超声洗涤，然后在60～100℃干燥。
16.权利要求1-15中任意一项所述的方法制备的石墨烯气凝胶。
17.权利要求1-15中任意一项所述的方法制备的石墨烯气凝胶以及权利要求16所述的石墨烯气凝胶在油水分离中作为油类和有机污染物吸附材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多巴胺改性碳纳米管、氧化石墨烯、铁盐和十八胺的用量的重量比为1：50～600：5～80：2～300，优选为1：100～500：10～50：10～200。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多巴胺改性碳纳米管水溶液的制备方法包括：将多巴胺改性碳纳米管在水中球磨20～40min；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述多巴胺改性碳纳米管的制备方法包括：将碳纳米管在多巴胺水溶液中超声，并采用三羟甲基氨基甲烷将混合溶液的ph值调节至8～9，搅拌，然后对所得产物进行固液分离，并对固体部分进行洗涤、干燥。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管与所述多巴胺的用量的重量比为1：1～10，优选为1：4～6，更优选为1：4～4.5；
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的制备方法包括：将氧化石墨烯在水中超声3～5小时；
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述石墨与所述浓硫酸的用量的固液比为1g:40～60ml，所述浓硫酸的浓度≥98重量％；
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述铁盐选自六水合氯化铁、无水氯化铁、硫酸铁和硝酸铁中的一种或两种以上。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王玮，宋项宁，王昕喆，谢谚，张树才，盛学佳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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