一种高效石墨烯吸油材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种吸油材料的制备方法及制备得到的吸油材料，确切讲本发明涉 及一种高效石墨烯吸油材料的制备方法，以及用这种方法制备的高效石墨烯吸油材料。
【背景技术】
[0002] 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。 据统计，每天全球有近千万吨的油类通过各种途径进入水体进而污染水体环境。这种油污 的排放对河流、海洋及生态环境造成了致命的破坏。所以，有效的油品回收技术和含油废水 净化材料的研究开发倍受关注，其中，对吸油材料的研究成为了解决油污染问题的关键。
[0003] 从环境保护的角度，这些含有油类的废水在排放之前必须要经过专业处理。就现 有的吸附材料来看，活性炭，碳纳米管是目前使用最常规的材料。这些材料具有化学性质 稳定，比表面积大，孔结构分布范围广和可实现大规模生产等优点被用于废水处理。但这 两种材料也存在着缺陷：如活性炭吸附量不高，吸附速率较慢（Toledo B I，Ferro-Garcia M A, Rivera-Utrilla J, et al. Bisphenol A removal from water by activated carbon:effects of carbon characteristics and solution chemistry [J]. Environ Sci Technol，2005, 5, 39(16) :6246-6250.);碳纳米管的吸附效果较好，但其大规模生产的成本 较高。(Kuo C Y. Comparison with as-grown and microwave modified carbon nanotubes to removal aqueous bisphenol A [J]. Desalination, 2009, 249(3):976-982.) 石墨烯因比表面积大，机械强度高，密度小，环境友好等特性而引起人们的广泛关注， 石墨烯可以大规模制备为实际应用提供了条件。但石墨烯在处理油污染方面的实际效果 并不理想，突出的缺点是吸附比率并不好，吸附率最高达到自重的86倍；虽然已有报道制 备的石墨烯吸附倍率较高，但制备工艺太过复杂，不适合用于实际应用（Bi, H C. Highly enhanced performance of spongy graphene as an oil sorbent [J]. Mater. Chem. A, 2014，2，1652 - 1656)。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种可克服现有技术不足的，能制备出具有高的油吸附效应，且制备 工艺更为简单的高效石墨烯吸油材料的制备方法，以及用这种方法制备的高效石墨烯吸油 材料。
[0005] 本发明的高效石墨烯吸油材料的制备方法是：将含氮还原剂加入到氧化石墨烯水 溶液中，再在120?200 °C进行充分反应，然后将固液分离出反应产物进行冷冻干燥处理， 得到商效石墨稀吸油材料。
[0006] 本发明的高效石墨烯吸油材料的制备方法具体实施例中，氧化石墨烯水溶液中氧 化石墨烯与水的比例为1克956毫升至1克1000毫升，含氮还原剂与氧化石墨烯的体积比 为> 0?彡1:29。
[0007] 本发明的实施例中所用的含氮还原剂最优为水合肼，氧化石墨烯水溶液的浓度为 2 mg/ml，水合肼与氧化石墨烯的体积比为1:74~1:29。
[0008] 在本发明中反应物的干燥处理只能用冷冻干燥的方式，这样得到的石墨烯为多孔 三维结构，而采用其它的干燥方式(如加热直接干燥）所得石墨烯的片层结构会堆积在一 起，会极大影响产物的吸油性能。
[0009] 相关研究表明，本发明中所使用的含氮还原剂在吸油石墨烯的形成过程中不仅是 还原剂，而且也是氮源的掺杂组分，在氮元素的作用下，可大大提高了产物的吸油性能，使 所得到的材料具有对各类油具有最大的吸附效果。
[0010] 本发明相关试验确定了石墨烯在反应时中所加入的含氮还原剂的体积量和相应 反应控制的最佳参数，可使产物达到了对油类的更高的吸附比重。试验表明，本发明的产物 其吸附量能达到自重的120~180倍；本发明具体制备过程表明其制造成本低，制备工艺简 单，不污染环境，可以实现大规模工业化生产。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明实施例一制备的高效石墨烯吸油材料扫描电镜照片。
[0012] 图2为本发明实施例四制备的高效石墨烯吸油材料扫描电镜照片。
[0013] 图3为本发明实施例四制备的高效石墨烯吸油材料X射线光电子能谱照片。
[0014] 图4为本发明实施例五制备的高效石墨烯吸油材料扫描电镜照片。
[0015] 图5为本发明实例一、二、三、四、五制备的高效石墨烯吸油材料对各种油的吸附 比率。图中纵坐标是吸附比重 图6为本发明实例四、六、七、八、九制备的高效石墨烯吸油材料对各种油的吸附比 率。图中纵坐标是吸附比重。
【具体实施方式】
[0016] 下述实施方式的高效石墨烯吸油材料的具体制备方法如下： 1)对石墨原料进行氧化处理制备氧化石墨烯溶液，本实施例中优选纯度不低于 99. 5%的天然鳞片石墨为原料，但也可以所使用的其它各种形态石墨粉，如鳞片石墨，结 晶状石墨等。本发明的实施例中石墨烯溶液是利用hummers法制备的。
[0017] 2)将一定量的含氮还原剂加入到氧化石墨烯溶液中，得到混合溶液。
[0018] 3)混合溶液和去离子水放到反应釜中，将反应釜放到烘干箱进行反应，反应温度 为 120~200 °C，时间为 6~20 h。
[0019] 4)将反应产物进行固液分离，然后对固体进行冷冻干燥处理，冻干温度为60~100 °C，冻干时间为8~12 h，即可得到高效石墨烯吸油材料。
[0020] 高效石墨烯吸油材料吸附比重的测试方法是：将制备的石墨烯吸油材料切割成小 块，并称取每块质量，记为W 7干。然后将每块石墨烯吸油材料放入待吸附的油类中，石墨 稀吸油材料充分吸附待测液，最后称取每块石墨稀吸油材料的重量，记为好免，则石墨 烯吸油材料的吸附比重由下式计算得出：
【主权项】
1. 一种高效石墨烯吸油材料的制备方法，其特征在于将含氮还原剂加入到氧化石墨烯 水溶液中，再在120?200 °C进行充分反应，然后将固液分离出反应产物进行冷冻干燥处 理，得到商效石墨稀吸油材料。
2. 根据权利要求1所述的高效石墨烯吸油材料的制备方法，其特征在于氧化石墨烯水 溶液中氧化石墨烯与水的比例为1克956毫升至1克1000毫升，含氮还原剂与氧化石墨烯 的体积比为> 〇~彡1:29。
3. 根据权利要求3所述的高效石墨烯吸油材料的制备方法，其特征在于所用的含氮还 原剂最优为水合肼。
4. 根据权利要求3所述的高效石墨烯吸油材料的制备方法，其特征在于氧化石墨烯水 溶液的浓度为2 mg/ml，水合肼与氧化石墨烯的体积比为1:74~1:29。
【专利摘要】本发明公开一种高效石墨烯吸油材料的制备方法，以及用这种方法制备的高效石墨烯吸油材料。本发明的高效石墨烯吸油材料的制备方法是：将含氮还原剂加入到氧化石墨烯水溶液中，再在120～200 oC进行充分反应，然后将固液分离出反应产物进行冷冻干燥处理，得到高效石墨烯吸油材料。本发明的产物其吸附量能达到自重的120~180倍；本发明制造成本低，制备工艺简单，不污染环境，可以实现大规模工业化生产。
【IPC分类】C02F1-28, B01J20-30, C02F1-40, B01J20-20
【公开号】CN104525118
【申请号】CN201510000804
【发明人】高辉, 杨雯龙, 赵宇
【申请人】兰州大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月4日