制備氨基化碳納米管-石墨烯氣凝膠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬化學(xué)合成領(lǐng)域，旨在發(fā)明一種簡便易行、性能良好的制備氨基化碳納米管-石墨烯氣凝膠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代人們平均大約有80%的時(shí)間是在室內(nèi)度過，因此室內(nèi)空氣品質(zhì)對人們的身體健康影響受到越來越多的關(guān)注。隨著社會的發(fā)展，生活水平的提高，民用建筑室內(nèi)裝修的風(fēng)格發(fā)生了變化，易于揮發(fā)甲醛氣體的合成材料在室內(nèi)隨處可見，造成室內(nèi)空氣甲醛嚴(yán)重超標(biāo)，直接危害到人們的日常生活健康。甲醛是一種具有刺激性氣味的有毒氣體，可通過呼吸道和皮膚進(jìn)入人體。
[0003]目前對甲醛去除方法的研究中，主要有光催化法、等離子法和吸附法等。吸附法是利用多孔固體吸附劑處理氣體混合物，使其中所含的一種或數(shù)種組分吸附于固體表面上，從而達(dá)到分離的目的。吸附的機(jī)理主要有物理吸附和化學(xué)吸附兩種。
[0004]石墨稀(Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。它是一種由碳原子以SP2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。由于其具有多種優(yōu)異性能，近年來獲得諸多關(guān)注并在超級電容、太陽能電池、污染物吸附等方面具有寬廣的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氨基化碳納米管-石墨烯氣凝膠的制備方法，通過在石墨烯片層上進(jìn)行氨基基團(tuán)修飾得到氨基化碳納米管-石墨烯氣凝膠。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上目的，采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種制備氨基化碳納米管-石墨烯氣凝膠的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0008](I)配置好分散均勻的氧化石墨烯溶液；
[0009](2)氧化石墨烯GO溶液中加入碳納米管CNTS粉末，GO與CNTS的質(zhì)量比分別為1:0.5 —1:4。攪拌均勻，得到均勻的碳納米管復(fù)合氧化石墨烯溶液；
[0010](3)向步驟⑵中所得的溶液加入乙二胺和氨水，攪拌均勻；
[0011](4)將步驟(3)中的混合溶液密封，恒溫加熱；
[0012](5)反應(yīng)后將產(chǎn)物洗滌干凈，冷凍干燥，得到氣凝膠。冷凍干燥過程，將使得步驟
(4)中得到的復(fù)合水凝膠結(jié)構(gòu)保持原形貌。
[0013]具體說，制備方法如下:
[0014](I)在燒杯中配置一定濃度的氧化石墨烯溶液，放入超聲儀中以10Hz頻率超聲6h，使原氧化石墨在超聲過程中分散為氧化石墨烯；
[0015](2)向超聲完畢的的氧化石墨烯溶液中加入一定量的碳納米管粉末，GO與CNTS的質(zhì)量比分別為1:0.5—1:4,攪拌均勻后繼續(xù)放入超聲儀中以10Hz頻率超聲3h，得到均勻的碳納米管復(fù)合氧化石墨烯溶液；
[0016](3)向步驟(2)中所得的溶液加入乙二胺和氨水，乙二胺與氨水的體積比為4:1(乙二胺、氨水都為分析純)，攪拌均勻；(4)將步驟(3)中的混合溶液密封，放入恒溫水浴鍋中加熱反應(yīng)；恒溫水浴鍋的反應(yīng)溫度在70°C?90°C，反應(yīng)時(shí)間不少于1h ;
[0017](5)反應(yīng)后將產(chǎn)物用蒸餾水洗滌干凈放入冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥48h得到氣凝膠。
[0018]本發(fā)明中，步驟(2)中所述加入的碳納米管的量與氧化石墨的量之比從質(zhì)量比0.5:1不斷升高，制備得到的材料對氣態(tài)甲醛的吸附性能也隨之提高，當(dāng)質(zhì)量比為2:1時(shí)，制備得到的材料對氣態(tài)甲醛的吸附性能最好，針對單位質(zhì)量的GO穿透時(shí)間達(dá)到5950min ；當(dāng)質(zhì)量比例為3:1時(shí)，材料對氣態(tài)甲醛的吸附性能與之前相比有所下降。
[0019]本發(fā)明中，將氧化石墨在蒸餾水中配制成溶液，通過超聲分散得到氧化石墨烯，工藝簡便溫和。
[0020]本發(fā)明中，在氧化石墨溶液中添加的碳納米管為單壁碳納米管，直徑為2?3nm。
[0021]本發(fā)明中，乙二胺既作為氨基基團(tuán)的氮源，又作為還原劑將氧化石墨烯還原為石墨稀。
[0022]本發(fā)明中，所述添加乙二胺(分析純)和氨水(分析純)的量對應(yīng)于10mg氧化石墨分別為 944.5mg (1060 μ I)和 217.0mg (265 μ I)。
[0023]由于石墨烯片層上含有羥基、羧基、羰基等多種基團(tuán)，易于與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)從而被官能團(tuán)化，且甲醛分子可與氨基基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，因此通過在石墨烯片層上進(jìn)行氨基基團(tuán)修飾促進(jìn)其與氣態(tài)甲醛的反應(yīng)，增強(qiáng)化學(xué)吸附的效果；基于其獨(dú)特的二維單元子結(jié)構(gòu)所具有的高比表面積特性，將化學(xué)吸附和物理吸附相結(jié)合，嘗試將石墨烯應(yīng)用于甲醛氣體的高效去除。由于石墨烯的納米結(jié)構(gòu)，片層之間間距為納米級，極易在樣品制備過程中發(fā)生團(tuán)聚，而單壁碳納米管(SWCNT)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、極高的力學(xué)性能、可調(diào)的電學(xué)性能和良好的穩(wěn)定性，因此在石墨烯溶液中加入碳納米管，以使得這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)在石墨烯片層中起到支撐作用，在一定程度上防止石墨烯團(tuán)聚，在石墨烯片層上修飾更多的氨基基團(tuán)，從而達(dá)到更好的吸附效果。因此，本發(fā)明的公開的一種氨基化碳納米管-石墨烯氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，以使得在氣態(tài)甲醛的吸附過程中體現(xiàn)更好的性能。
[0024]本發(fā)明原理以及有益效果在于:
[0025]①本發(fā)明通過在氧化石墨烯溶液中加入碳納米管粉末并進(jìn)行超聲分散，使得碳管盡量均勻分布在石墨烯片層之間，因其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)起到一定的支撐作用，從而削弱了氧化石墨烯的團(tuán)聚效應(yīng)，以得到更大的比表面積，且在氧化石墨烯片層上的得以嫁接更多的氨基官能團(tuán)。
[0026]②本發(fā)明在碳納米管和氧化石墨烯溶液中加入乙二胺和氨水作為還原劑并氨基官能團(tuán)氮源，通過乙二胺和氧化石墨烯片層上的羥基、羧基等基團(tuán)反應(yīng)達(dá)到氨基基團(tuán)修飾的效果，從而在實(shí)際應(yīng)用中通過氨基基團(tuán)和甲醛分子反應(yīng)，起到對甲醛氣體的化學(xué)吸附作用。
[0027]③本方法中通過加入碳納米管和氨基官能團(tuán)修飾，所制備的復(fù)合材料對氣態(tài)甲醛的吸附性能有所提高，單位質(zhì)量吸附量最高達(dá)到5.37mg/g。，單位質(zhì)量穿透時(shí)間最長達(dá)到5950min/go
[0028]⑤本發(fā)明制備所得產(chǎn)物為宏觀三維石墨烯氣凝膠，易于使用、收集和再利用，制備方法簡便溫和，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
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