专利名称：：一种石墨烯海绵的应用方法
技术领域：
：本发明涉及一种石墨烯海绵的应用方法。技术背景由于原油的泄露和工业有机溶剂的污染，全球的水污染问题正变得越来越严重。为了克服环境问题，寻找一种能实现有效吸附油脂和有机污染物，并最终达到将它们与水分离的吸附剂变的极为重要(J.Yuan,X.Liu,0.Akbulut,J.Hu,S.L.Suib，J.KongandF.Stellacci,Nat.Nanotechnol.,2008,3,332.；M.A.Shannon,P.W.Bohn,M.Elimelech,J.G.Georgiadis,B.J.MarinasandA.M.Mayes,Nature,2008，452，301.)传统的吸附剂比如活性炭，存在很多缺点，包括吸附时间长，选则性差，吸附能力有限(D.Clifford,S.SubranmonianandΤ.J.Sorg,Environ.Sci.Technol.,1986,20,1072.；A.B.Fuertes,G.MarbanandD.M.Nevskaia,Carbon，2003，41，87.)。膨胀石墨虽然对油有很强的吸附能力，但是对有毒的有机溶剂却无能为力。对膨胀石墨的回收也十分困难。至于聚合物，虽然吸附的范围有了较大的增加，但是一方面它的吸附能力不足，另一方面高温易分解，甚至会形成二次污染。基于这些缺点，孔尺寸大小为纳米或微米级别的多孔材料(LFeng，Ζ.Zhong,Ζ.Mai,B.Liu,L.JiangandD.Zhu,Angew.Chem.,Int.Ed.,2003,42,800.；Y.Zhang,S.Wei,F.Liu,Y.Du,S.Liu,Y.Ji,T.Ji,T.Yokoib,T.TatsumibandF.S.Xiao,NanoToday,2009,4,135.)或纳米线薄膜(A.Sayari,S.HamoudiandY.Yang,Chem.Mater.,2005，17，212.)引起了人们的重视。因为纳米、微米级别的多孔材料和纳米线薄膜具有很强的憎水能力和超强的亲油能力，可以很好的实现有机污染物和水，油脂和水的分离。同时，这些材料还具有吸附时间短，选择性强，吸附能力大的特性。但是纳米、微米级别的多孔材料和纳米线薄膜存在着吸附能力不是足够强、成本高、不易大量大块制备的缺点。
发明内容技术问题本发明所要解决的技术问题是，提供一种石墨烯海绵的应用方法，该石墨烯海绵用于吸收有机溶剂或者油脂，具有吸附能力强、吸附速度快的特点。技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种石墨烯海绵的应用方法，所述的石墨烯海绵用于吸收有机溶剂或者油脂。进一步，所述的石墨烯海绵吸收有机溶剂或者油脂以后，进行除污处理除污处理是采用低压蒸馏、萃取、或者高温蒸馏的方法，将有机溶剂或者油脂从石墨烯海绵中清除或者回收利用。有益效果与现有技术相比，本技术方案具有以下有益效果1.该应用方法操作简单、成本低廉，可应用于工业生产中。因为石墨烯海绵具有超强的憎水性，对有机溶剂和油脂具有吸附能力强、吸附速度快的特点，所以将石墨烯海绵用于吸附有机溶剂和油脂具有性能上的优势。尤其是，将石墨烯海绵应用于液液分离和污水处理中，利用石墨烯海绵吸附有机溶剂和油脂。2.对石墨烯海绵可以重复利用，并且对有机溶剂和油脂可实现回收。在本技术方案中，利用低压蒸馏、萃取或者高温蒸发的方法将石墨烯海绵所吸附的有机溶剂和油脂从石墨烯海绵中分离出来，同时去除了有机溶剂和油脂的石墨烯海绵可以重复利用。分离出来的有机溶剂和油脂可以回收利用。该石墨烯海绵对于不同液体之间的相互分离和污水处理等多方面具有广泛的应用潜力。图1是本发明中的石墨烯海绵对有机溶剂和油脂的吸附率图。图2是本发明中的石墨烯海绵的热重分析曲线图。图3是本发明中实施例1利用石墨烯海绵对甲苯进行吸附、脱附循环实验图。图4是本发明中实施例2利用石墨烯海绵对十二烷进行了吸附、脱附循环实验图。图5是1，3，5_三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物、1，4_二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物对有机溶剂和油脂的吸附率图。具体实施方式下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。本发明的一种石墨烯海绵的应用方法，所述的石墨烯海绵用于吸收有机溶剂或者油脂。本发明中的石墨烯海绵的制备方法如下第一步，量取35ml浓度为^iig/ml的氧化石墨烯分散液，并加入Iml氨水，形成混合液；氨水的浓度为30%，指每一百克氨水中，含过氧化氢30克。第二步，将混合液倒入反应釜中，180°C高温24h，然后自然冷却，拧开反应釜即可得到石墨烯凝胶。第三步，将得到的石墨烯凝胶低压冷冻干燥，即可得到多孔的石墨烯海绵。所述有机溶剂或者油脂包括植物油、原油、泵油、十二烷、正十烷、辛烷、己烷、苯酚、硝基苯、三氯甲烷、二氯苯、乙基苯、甲苯、苯、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、甲醇、煤油、蓖麻油、庚烷、柴油、汽油、四氯化碳。在该应用方法中，石墨烯海绵是作为吸附剂来使用的。石墨烯海绵可以应用于液液分离，或者污水分离的领域，把石墨烯海绵当作吸附剂，吸取有机溶剂或者油脂。石墨烯海绵吸附率的测试方法是将制备的石墨烯海绵切割成小块，并称取每块质量，记为WT，然后将每块石墨烯海绵放入待吸附的溶剂中，石墨烯海绵充分吸附待测液，最后称取每块石墨烯海绵的重量，记为Ws，则石墨烯海绵的吸附率由下式计算得出吸附率=『湿_『干X100%利用上述测试方法，测试石墨烯海绵对作为所述溶剂的甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、甲苯、乙苯、二氯苯、氯仿、硝基苯、己烷、庚烷、辛烷、正十烷、十二烷、泵油、煤油、蓖麻油和豆油的吸附率。测试结果如图1所示，横坐标表示石墨烯海绵的吸附率，纵坐标表示待吸附的有机溶剂或者油脂。例如，石墨烯海绵对泵油的吸附率为6邪4%，石墨烯海绵对十二烷的吸附率为5050%，石墨烯海绵对硝基苯的吸附率为6382%，石墨烯海绵对氯仿的吸附率为8612%。将1，3，5-三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物、1，4_二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物对油脂或者有机溶剂的吸附率，与石墨烯海绵的吸附率作对比。如图5所示，横坐标表示1，3，5_三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物的吸附率和1，4_二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物的吸附率，其中，灰色表示1，3，5_三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物的吸附率，黑色表示1，4_二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物的吸附率；纵坐标表示待吸附的有机溶剂或者油月旨，其中，vegetable-oil植物油；pump-oil泵油；dodecane十二烧；decane癸烧；octane辛烧；hexane己烧；phenol苯；nitrobenzene石宵基苯；chloroform氣仿；1,2-dichlorobenzene二氯苯；ethylbenzene乙苯；toluene甲苯；benzene苯；DMSO二甲基亚砜；THF四氢呋喃；DMF二甲基甲酰胺；acetone丙酮；ethanol乙醇；methanol甲醇；Weightgain吸附率；CMP-I:1，3，5-三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物；CMP-2:1，4-二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物。1，3，5_三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物吸附率的测试方法，以及1，4_二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物吸附率的测试方法，均与石墨烯海绵吸附率的测试方法相同。本对比例中利用1，3，5-三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物、1，4_二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物分别对植物油、泵油、十二烷、癸烷、辛烷、己烷、苯酚、硝基苯、氯仿、二氯苯、乙苯、甲苯、苯、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、甲醇的吸附率进行测试。例如1，3，5-三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物对植物油的吸附率为950-1000%，1，4-二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物对植物油的吸附率为1000-1100%；1，3，5_三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物对乙醇的吸附率为1000%左右，1，4-二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物对乙醇的吸附率为575-625%ο通过对比表1和表5，可以看出对于相同的待吸附油脂或者有机溶剂，石墨烯海绵的吸附率远远大于1，3，5_三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物的吸附率或者1，4_二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物的吸附率。例如，对于泵油，1，3，5-三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物吸附率为800%左右，1，4-二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物吸附率为725%左右，而石墨烯海绵的吸附率为5050%；对于硝基苯，1，3，5-三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物吸附率为1600%左右，1，4_二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物吸附率为1650%左右，而石墨烯海绵的吸附率为6382%；对于乙醇，1，3，5_三乙炔苯聚合而成的多孔聚合物吸附率为1000%左右，1，4_二乙炔苯聚合而成的多孔聚合物吸附率为575-625%左右，而石墨烯海绵的吸附率为5103%。另外，对于膨胀石墨而言，膨胀石墨只吸油不吸甲苯等有毒物质，为了使它能吸附甲苯，ShandeLi(S.D.Li,S.H.Tian,C.M.Du,C.He,C.P.Cen,Y.Xiong.ChemicalEngineeringJournal,2010,162，546.)，用凡士林修饰膨胀石墨。经试验，吸附甲苯的吸附率为21.3%，远远低于石墨烯海绵的讨77.4%。图1列出了石墨烯海绵对于有机溶剂和油脂的吸附率。从图1中可以看出，石墨烯海绵不仅对于有机溶剂具有很强的吸附力，而且对油脂类也具有很强的吸附力。但是，石墨烯海绵对于不同的有机溶剂或油脂的吸附能力是不一样的。这正是石墨烯海绵具有选择性吸附的体现。另外，石墨烯海绵是憎水的，因此可以实现有机污染物的有效清除。进一步，所述的石墨烯海绵吸收有机溶剂或者油脂以后，进行除污处理除污处理是采用低压蒸馏、萃取、或者高温蒸馏的方法，将有机溶剂或者油脂从石墨烯海绵中清除或者回收利用。低压蒸馏的方法就是通过降低石墨烯海绵所在密闭容器的气压，从而降低所吸附物质的沸点，使得吸附的物质可以通过蒸发的方式，从石墨烯海绵中脱附出来。例如，在气压为101.3251ja时，辛烷的沸点是125.8°C。将吸有辛烷的石墨烯海绵放入长颈烧瓶中，利用机械泵抽出气体，降低长颈烧瓶中的气压，直至气压为10.13kPa，此时辛烷的沸点降低。辛烷在10.13kPa的低压环境中蒸发，即可得到干净的辛烷。低压蒸馏包括减压蒸馏、真空蒸馏、高真空蒸馏、准分子蒸馏或者分子蒸馏。减压蒸馏是利用液体的沸点是随外界压力的变化而变化的，如果借助于真空泵降低系统内压力，就可以降低液体的沸点，这便是减压蒸馏操作的理论依据，因此它特别适用于那些在常压蒸馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。真空蒸馏就是在减压下进行，一般用于分离在常压下加热至沸点时易于分解的物质，或与其它蒸馏方法(如蒸汽蒸馏)结合以降低蒸馏温度并提高分离效率。高真空蒸馏是针对那些沸点很高的化合物，或者是常压蒸馏容易氧化的。一般先抽真空，等真空度稳定下来再加热。当温度接近此真空度下的沸点时，再减慢加热的速度。准分子或分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法，这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离。萃取主要是针对不容易挥发的物质，比如泵油，具体过程是将吸有不易挥发物质的石墨烯海绵置于另一种具有较低沸点的有机溶剂中，而且该不易挥发的物质要易溶于较低沸点的有机溶剂中，然后用该有机溶剂置换出不易挥发的物质，最后在对石墨烯海绵进行低压或高温蒸馏。例如，将吸有十二烷的石墨烯海绵放入盛有250毫升乙醇的烧杯中，待石墨烯海绵中的十二烷充分溶入乙醇中，即等效于用乙醇替代了石墨烯海绵中的十二烷，此时再对石墨烯海绵加热到80°C，就可将乙醇全部蒸发出来，从而得到干净的石墨烯海绵，使其可重复使用。高温蒸馏的方法是通过高温使有机溶剂或油脂蒸发，再通过冷凝对有机溶剂或油脂进行回收。例如，将吸有十二烷的石墨烯海绵放入三角烧瓶中，三角烧瓶和冷凝装置相连通，接着将三角烧瓶加热升温至220°C，产生的十二烷蒸汽进入冷凝装置，又变为液态的十一焼。如图2所示，横坐标表示温度，单位。C，纵坐标表示石墨烯海绵的重量百分比。从图3中可以看出当温度升到700°C时，石墨烯海绵并没有发生明显的化学和物理破坏，并且石墨烯海绵的重量只减少了17%左右，石墨烯海绵具有非常好的热稳定性。该特点也让高温分离石墨烯海绵所吸附油脂或有机污染物成为了可能(一般有机物的沸点都不高)。也就是说，通过高温可以将石墨烯海绵所吸附的物质从石墨烯海绵中脱附出来，同时又不会影响石墨烯海绵的结构。因为石墨烯海绵耐高温，即具有高的热稳定性，所以才可以用高温蒸馏的方法。实施例1利用低压蒸馏的方法，对吸附了甲苯的石墨烯海绵，进行吸附、脱附循环实验。即对同一块石墨烯海绵进行实验。具体过程即是将吸附了甲苯的石墨烯海绵置于密闭容器中，然后用机械泵将容器里的气体抽出，降低容器内的气压，这时甲苯就会通过蒸发的方式，从石墨烯海绵中逃逸出来，待蒸馏完成，再将该石墨烯海绵置于甲苯中，重新进行吸收，如此循环下去。如图3所示，实验共进行十次。图3显示了每次实验中石墨烯海绵的吸附量和脱附量。图3中，横坐标表示实验的循环次数，共十次；纵坐标表示石墨烯海绵所吸附的甲苯的重量，单位mg;位于上方的曲线表示所吸附甲苯的重量，位于下方的曲线表示石墨烯海绵中残留的甲苯重量。从图3中可以看出被石墨烯海绵所吸附的甲苯脱附率可以达到99%以上，脱附完的石墨烯海绵所具有的吸附能力基本上没变化，还可以重复利用。实施例2利用乙醇作为萃取剂，对吸附了十二烷的石墨烯海绵进行吸附、脱附循环实验。即对同一块石墨烯海绵进行实验。具体过程是将吸附了十二烷的石墨烯海绵浸于足够多的乙醇中，待十二烷基本上都溶于乙醇中后，取出石墨烯海绵，并置于60°C的温箱中2小时，然后取出再吸附十二烷，如此循环十次。图4显示了每次实验中石墨烯海绵的吸附量和残留量。图4中，横坐标表示实验的循环次数，共十次；纵坐标表示石墨烯海绵所吸附十二烷的重量，单位mg。位于上方的曲线表示吸附十二烷的重量，位于下方的曲线表示石墨烯海绵中的十二烷被低压蒸馏后的石墨烯海绵重量。从图4中可以看出被石墨烯海绵所吸附的十二烷脱附率可以达到99%以上，脱附完的石墨烯海绵所具有的吸附能力基本上没变化，还可以重复利用。权利要求1.一种石墨烯海绵的应用方法，其特征在于，所述的石墨烯海绵用于吸收有机溶剂或者油脂。2.根据权利要求1所述的石墨烯海绵的应用方法，其特征在于所述有机溶剂或者油脂包括植物油、原油、泵油、十二烷、正十烷、辛烷、己烷、苯酚、硝基苯、三氯甲烷、二氯苯、乙基苯、甲苯、苯、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、甲醇、煤油、蓖麻油、庚烷、柴油、汽油、四氯化碳。3.根据权利要求1所述的石墨烯海绵的应用方法，其特征在于所述的石墨烯海绵吸收有机溶剂或者油脂以后，进行除污处理除污处理是采用低压蒸馏、萃取、或者高温蒸馏的方法，将有机溶剂或者油脂从石墨烯海绵中清除或者回收利用。4.根据权利要求3所述的石墨烯海绵的应用方法，其特征在于，所述的低压蒸馏包括减压蒸馏、真空蒸馏、高真空蒸馏、准分子蒸馏或者分子蒸馏。全文摘要本发明公开了一种石墨烯海绵的应用方法，所述的石墨烯海绵用于吸收有机溶剂或者油脂。该应用方法利用石墨烯海绵对有机溶剂或者油脂具有的吸附能力强、吸附速度快的特点，将石墨烯海绵用于吸收有机溶剂或者油脂。该应用方法适用于污水处理或者液液分离的领域。进一步，所述的石墨烯海绵吸收有机溶剂或者油脂以后，进行除污处理除污处理是采用低压蒸馏、萃取、或者高温蒸馏的方法，将有机溶剂或者油脂从石墨烯海绵中清除或者回收利用。这样可以重复利用石墨烯海绵。文档编号C02F1/28GK102500133SQ20111031239公开日2012年6月20日申请日期2011年10月15日优先权日2011年10月15日发明者万树,周奕龙,孙立涛,尹奎波,徐峰,毕恒昌,谢骁,贺龙兵申请人:东南大学