制备氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的方法
【技术领域】
[0001]本发明属化学合成领域，旨在发明一种简便易行、性能良好的制备氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的方法。
【背景技术】
[0002]现代人们平均大约有80%的时间是在室内度过，因此室内空气品质对人们的身体健康影响受到越来越多的关注。随着社会的发展，生活水平的提高，民用建筑室内装修的风格发生了变化，易于挥发甲醛气体的合成材料在室内随处可见，造成室内空气甲醛严重超标，直接危害到人们的日常生活健康。甲醛是一种具有刺激性气味的有毒气体，可通过呼吸道和皮肤进入人体。
[0003]目前对甲醛去除方法的研究中，主要有光催化法、等离子法和吸附法等。吸附法是利用多孔固体吸附剂处理气体混合物，使其中所含的一种或数种组分吸附于固体表面上，从而达到分离的目的。吸附的机理主要有物理吸附和化学吸附两种。
[0004]石墨稀(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。由于其具有多种优异性能，近年来获得诸多关注并在超级电容、太阳能电池、污染物吸附等方面具有宽广的应用前景。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的制备方法，通过在石墨烯片层上进行氨基基团修饰得到氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶。
[0006]为实现以上目的，采用的技术方案是:
[0007]一种制备氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0008](I)配置好分散均匀的氧化石墨烯溶液；
[0009](2)氧化石墨烯GO溶液中加入碳纳米管CNTS粉末，GO与CNTS的质量比分别为1:0.5 —1:4。搅拌均匀，得到均匀的碳纳米管复合氧化石墨烯溶液；
[0010](3)向步骤⑵中所得的溶液加入乙二胺和氨水，搅拌均匀；
[0011](4)将步骤(3)中的混合溶液密封，恒温加热；
[0012](5)反应后将产物洗涤干净，冷冻干燥，得到气凝胶。冷冻干燥过程，将使得步骤
(4)中得到的复合水凝胶结构保持原形貌。
[0013]具体说，制备方法如下:
[0014](I)在烧杯中配置一定浓度的氧化石墨烯溶液，放入超声仪中以10Hz频率超声6h，使原氧化石墨在超声过程中分散为氧化石墨烯；
[0015](2)向超声完毕的的氧化石墨烯溶液中加入一定量的碳纳米管粉末，GO与CNTS的质量比分别为1:0.5—1:4,搅拌均匀后继续放入超声仪中以10Hz频率超声3h，得到均匀的碳纳米管复合氧化石墨烯溶液；
[0016](3)向步骤(2)中所得的溶液加入乙二胺和氨水，乙二胺与氨水的体积比为4:1(乙二胺、氨水都为分析纯)，搅拌均匀；(4)将步骤(3)中的混合溶液密封，放入恒温水浴锅中加热反应；恒温水浴锅的反应温度在70°C?90°C，反应时间不少于1h ;
[0017](5)反应后将产物用蒸馏水洗涤干净放入冷冻干燥机中冷冻干燥48h得到气凝胶。
[0018]本发明中，步骤(2)中所述加入的碳纳米管的量与氧化石墨的量之比从质量比0.5:1不断升高，制备得到的材料对气态甲醛的吸附性能也随之提高，当质量比为2:1时，制备得到的材料对气态甲醛的吸附性能最好，针对单位质量的GO穿透时间达到5950min ；当质量比例为3:1时，材料对气态甲醛的吸附性能与之前相比有所下降。
[0019]本发明中，将氧化石墨在蒸馏水中配制成溶液，通过超声分散得到氧化石墨烯，工艺简便温和。
[0020]本发明中，在氧化石墨溶液中添加的碳纳米管为单壁碳纳米管，直径为2?3nm。
[0021]本发明中，乙二胺既作为氨基基团的氮源，又作为还原剂将氧化石墨烯还原为石墨稀。
[0022]本发明中，所述添加乙二胺(分析纯)和氨水(分析纯)的量对应于10mg氧化石墨分别为 944.5mg (1060 μ I)和 217.0mg (265 μ I)。
[0023]由于石墨烯片层上含有羟基、羧基、羰基等多种基团，易于与其他化学物质发生反应从而被官能团化，且甲醛分子可与氨基基团发生反应，因此通过在石墨烯片层上进行氨基基团修饰促进其与气态甲醛的反应，增强化学吸附的效果；基于其独特的二维单元子结构所具有的高比表面积特性，将化学吸附和物理吸附相结合，尝试将石墨烯应用于甲醛气体的高效去除。由于石墨烯的纳米结构，片层之间间距为纳米级，极易在样品制备过程中发生团聚，而单壁碳纳米管(SWCNT)具有独特的结构、极高的力学性能、可调的电学性能和良好的稳定性，因此在石墨烯溶液中加入碳纳米管，以使得这种稳定的结构在石墨烯片层中起到支撑作用，在一定程度上防止石墨烯团聚，在石墨烯片层上修饰更多的氨基基团，从而达到更好的吸附效果。因此，本发明的公开的一种氨基化碳纳米管-石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，以使得在气态甲醛的吸附过程中体现更好的性能。
[0024]本发明原理以及有益效果在于:
[0025]①本发明通过在氧化石墨烯溶液中加入碳纳米管粉末并进行超声分散，使得碳管尽量均匀分布在石墨烯片层之间，因其稳定的结构起到一定的支撑作用，从而削弱了氧化石墨烯的团聚效应，以得到更大的比表面积，且在氧化石墨烯片层上的得以嫁接更多的氨基官能团。
[0026]②本发明在碳纳米管和氧化石墨烯溶液中加入乙二胺和氨水作为还原剂并氨基官能团氮源，通过乙二胺和氧化石墨烯片层上的羟基、羧基等基团反应达到氨基基团修饰的效果，从而在实际应用中通过氨基基团和甲醛分子反应，起到对甲醛气体的化学吸附作用。
[0027]③本方法中通过加入碳纳米管和氨基官能团修饰，所制备的复合材料对气态甲醛的吸附性能有所提高，单位质量吸附量最高达到5.37mg/g。，单位质量穿透时间最长达到5950min/go
[0028]⑤本发明制备所得产物为宏观三维石墨烯气凝胶，易于使用、收集和再利用，制备方法简便温和，适于大规模生产。
【附图说明】
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