石墨烯改性材料及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明涉及一种石墨烯改性材料的制备方法，在脂肪酸的水溶液中加入催化剂二环己基碳二亚胺进行活化后，逐滴加入含有氧化石墨烯的水溶液，然后水浴加热，再避光搅拌，所得到的产物离心分离后得到固体成品。本发明还涉及一种由该石墨烯改性材料所制成的空气滤芯。本发明的石墨烯改性材料可以有效地固定和还原空气中的臭气。
【专利说明】
石墨烯改性材料及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种石墨烯脂肪酸改性材料，以及该材料的制备方法和应用。属于碳 纳米材料领域。
【背景技术】
[0002] 空气中的臭气污染是一个复杂的问题，空气中的臭气污染成分可以包含甲醛、二 氧化硫、氮氧化物、可挥发性有机物(例如甲苯、丁酮、醋酸丁酯、硫醇等）、烟气烟味、动物粪 便发出的臭味、植物腐败产生的酸腐气体等。空气中的臭气污染在特定时间和地点空气污 染物浓度受到许多因素影响。来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质 量的最主要因素之一，其中包括车辆、船舶、飞机的尾气、工业污染、居民生活和取暖、垃圾 焚烧等。为了去除这些气味，人们常常采用空气清新剂，但现有的空气清新剂主要采用化学 灭菌剂及香精混合制成，经常喷洒于空气中对于人的身体会造成损害，影响健康。且采用灭 菌剂和香精混合而成空气清洗剂，仅仅起到气味遮盖作用，污染的臭气依然存在环境之中， 无法除去。如何吸附并反应掉空气中的臭气是科学家和人民大众及其关心的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种可以有效除臭的石墨烯改性材料，一种该石 墨稀改性材料的制备方法，以及该石墨稀改性材料的应用。
[0004] 本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是:一种石墨烯改性材料的制备 方法，在脂肪酸的水溶液中加入催化剂二环己基碳二亚胺进行活化后，逐滴加入含有氧化 石墨烯的水溶液，然后水浴加热，再避光搅拌，所得到的产物离心分离后得到固体成品。
[0005] 上述脂肪酸的水溶液的浓度为0.15kg/L~0.85kg/L。
[0006] 上述氧化石墨烯与所述脂肪酸的质量比为1:1000~1: 200 ;所述二环己基碳二亚 胺与所述氧化石墨烯的质量比为1:1000~1:100。
[0007] 上述脂肪酸是硬脂酸、软脂酸、肉豆蔻酸、月桂酸、二十酸、二十二酸、双十八酸、双 十六酸、己二酸中的一种或多种。
[0008] 滴加入含有氧化石墨烯的水溶液后超声波分散5分钟~20分钟；活化时间为20分 钟~1小时，水浴加热温度为40°C~80°C，水浴加热时间为1小时~5小时，避光搅拌温度为 常温，避光搅拌时间为5小时~18小时；所述离心分离是指将产物用离心机以2000rpm~ 10000 rpm的转速离心分离30分钟~1小时，去上清液后，用乙醇水溶液洗涤后干燥。
[0009] 本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是:一种采用上述的制备方法制 得的石墨烯改性材料。
[0010] 本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是:一种采用上述的制备方法制 得的石墨烯改性材料用于去除空气中的臭味的应用。
[0011] 本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是:一种采用上述的制备方法制 得的石墨烯改性材料所制成的空气滤芯。
[0012] 本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是：一种空气过滤海绵，将采用 上述的制备方法制得的石墨烯改性材料与蔗糖脂肪酸酯混合后，挤压捏合，置于具有毛细 管的多孔板中，通入水蒸气，然后冷却得到成品。
[0013] 上述水蒸气的温度为100°C~120°C ;所述通入水蒸气的时间为20分钟以上；所述 石墨烯改性材料与所述蔗糖脂肪酸酯的质量比为1:1~3:1。
[0014] 本发明具有积极的效果：本发明的石墨烯改性材料采用的是氧化石墨烯纳米材 料，其表面具有羟基、环氧基等含氧基团，能通过化学键合脂肪酸化合物。通过催化剂诱导 脂肪酸活化与氧化石墨烯结合，可以实现石墨烯改性化合物的快速制备。石墨烯烃脂肪酸 化合物改性以后具有吸附空气污染物的功能，石墨烯改性材料的共辄电子具有固定和还原 臭气作用。本发明的石墨烯改性材料可用于制作滤芯、空气过滤海绵等。本发明的材料制备 方法采用二环己基碳二亚胺作为脱水缩合剂，工艺简单，可在常温下经短时间反应制得成 品，操作方便，实用性强，具有广阔的应用前景。
[0015] 说明书附图 图1为本发明的实施例1的石墨烯改性材料的红外光谱图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明所用氧化石墨烯为纳米材料，呈片状，可以是单层，双层，甚至三层的氧化 石墨稀，氧化石墨稀的厚度一般为0 · 3nm~2nm，宽度一般为0 · 05μηι~2μηι〇
[0017] 实施例！ 本实施例的石墨烯改性材料的制备方法是:在体积为1L浓度为0.15kg/L的硬脂酸水溶 液中加入20mL的催化剂二环己基碳二亚胺。静止活化20分钟后，逐滴加入含有0.15g氧化石 墨烯的水溶液。超声波均匀分散10分钟，水浴60°C加热2小时后，常温避光搅拌18小时，用离 心机以2000 rpm的转速离心分离30分钟。去上清液后，用浓度为60%的乙醇水溶液洗涤三 次，干燥后得到石墨烯改性材料(蓬松的固体）。
[0018] 本实施例的石墨烯改性材料的红外光谱图如图1所示。从图1可以看出，氧化石墨 烯和硬脂酸已经反应，形成了新的硬脂酸氧化石墨烯改性材料，其中3373CHT 1处为氧化石墨 烯上的羟基0-H伸缩振动，2958 cm-\2918 cm-\2849 cm-1处为硬脂酸上的脂肪链的碳氢伸 缩振动，1719 cnf1、1646 cnf1处两个弱的振动峰为氧化石墨稀上的羰基和羧基的伸缩振 动，1555 cnf1处为硬脂酸氧化石墨烯酯键的伸缩振动，1467 cnf1处附近的几个小峰为氧化 石墨烯共辄环上的碳碳双键的伸缩振动，1040 cnf1处为碳氧伸缩振动。
[0019] 脂肪酸的水溶液先加催化剂活化后再滴入氧化石墨烯是由于二环己基碳二亚胺 是一种很好的低温生化脱水剂，为使羧基更易接受亲核试剂进攻，带负电荷的氧原子需先 被活化成一个较好的离去基团，从而使得反应更易进行。
[0020] 实施例2 本实施例的石墨烯改性材料的制备方法是:在体积为1L浓度为0.85kg/L的软脂酸水溶 液中加入120mL的催化剂二环己基碳二亚胺。静止活化40分钟后，逐滴加入含有20g氧化石 墨烯的水溶液。超声波均匀分散10分钟，水浴40°C加热2小时后，常温避光搅拌8小时，用离 心机以6000rpm的转速离心分离1小时。去上清液后，用浓度为75%的乙醇水溶液洗涤三次， 从而制得石墨烯改性材料。
[0021] 实施例3 本实施例的石墨烯改性材料的制备方法是:在体积为1L浓度为0.50kg/L的月桂酸水溶 液中加入80mL的催化剂二环己基碳二亚胺。静止活化30分钟后，逐滴加入含有10g氧化石墨 烯的水溶液。超声波均匀分散10分钟，水浴60°C加热1小时后，常温避光搅拌5小时，用离心 机以4000rpm的转速离心分离30分钟。去上清液后，用浓度为50%的乙醇水溶液洗涤三次，干 燥后得到石墨烯改性材料。
[0022] 实施例4 本实施例的石墨烯改性材料的制备方法是:在体积为1L浓度为0.35kg/L的肉豆蔻酸水 溶液中加入50mL的催化剂二环己基碳二亚胺。静止活化25分钟后，逐滴加入含有8g氧化石 墨烯的水溶液。超声波均匀分散10分钟，水浴60°C加热1小时后，常温避光搅拌6小时，用离 心机以5000rpm的转速离心分离1小时。去上清液后，用浓度为80%的乙醇水溶液洗涤三次， 从而制得石墨烯改性材料。
[0023] 实施例5 本实施例的石墨烯改性材料的制备方法是:在体积为1L浓度为0.65kg/L的肉豆蔻酸水 溶液中加入75mL的催化剂二环己基碳二亚胺。静止活化35分钟后，逐滴加入含有12g氧化石 墨烯的水溶液。超声波均匀分散10分钟，水浴70°C加热3小时后，常温避光搅拌12小时，用离 心机以3000rpm的转速离心分离1小时。去上清液后，用浓度为60%的乙醇水溶液洗涤三次， 干燥后得到石墨烯改性材料。
[0024] 应用例1 本应用例的空气过滤海绵的制备方法是:将l〇〇g实施例1的石墨烯改性材料和l〇〇g蔗 糖脂肪酸酯混合，挤压捏合，置于具有毛细管的多孔板中，通入100°c的水蒸气20分钟，冷却 得到空气过滤海绵。
[0025] 应用例2 本应用例的空气过滤海绵的制备方法是:将200g实施例2的石墨烯改性材料和100g蔗 糖脂肪酸酯混合，挤压捏合，置于具有毛细管的多孔板中，通入l〇〇°C的水蒸气30分钟，冷却 得到空气过滤海绵。
[0026] 应用例3 本应用例的空气过滤海绵的制备方法是:将150g实施例3的石墨烯改性材料和100g蔗 糖脂肪酸酯混合，挤压捏合，置于具有毛细管的多孔板中，通入l〇〇°C的水蒸气30分钟，冷却 得到空气过滤海绵。
[0027] 应用例4 本应用例的空气过滤海绵的制备方法是:将250g实施例4的石墨烯改性材料和100g蔗 糖脂肪酸酯混合，挤压捏合，置于具有毛细管的多孔板中，通入l〇〇°C的水蒸气20分钟，冷却 得到空气过滤海绵。
[0028] 应用例5 本应用例的空气过滤海绵的制备方法是:将300g实施例5的石墨烯改性材料和100g蔗 糖脂肪酸酯混合，挤压捏合，置于具有毛细管的多孔板中，通入l〇〇°C的水蒸气30分钟，冷却 得到空气过滤海绵。
[0029] 搭建一个规格为5米(长度）X 3.5米（宽度）X 3.5米（高度）的恒定体积的密闭空 间，每次在密闭空间里同时点燃20支同规格的香烟，使烟充满密闭的空间。每次放置不同的 试样在密闭空间内，试样分别为实施例1至5的石墨烯改性材料200g，应用例1至5所制得的 空气海绵200g和活性炭200g，最后一次不放置任何试样。测定密闭1小时、2小时、4小时后， 密闭空间内的尼古丁含量，实验结果如表1所示。
[0030] 表1密闭空间尼古丁含量测定
从表1中可知，应用例1至5的空气过滤海绵后尼古丁大部分被清除，空气质量上升显 著，而空白对照的空气质量基本上没有变化，使用活性炭的空气质量虽然变好，但是变化较 为缓慢。实施例1至5的石墨烯改性材料本身具有良好的清除臭气的作用，制成空气过滤海 绵后与空气的接触面积更大，更有利于快速地清除臭气。
[0031] 本发明中所用试剂如无特殊说明浓度均为化学纯。
[0032] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的 实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其 它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发 明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1. 一种石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于:在脂肪酸的水溶液中加入催化剂二 环己基碳二亚胺进行活化后，逐滴加入含有氧化石墨烯的水溶液，然后水浴加热，再避光搅 拌，所得到的产物离心分离后得到固体成品。2. 根据权利要求1所述的一种石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于:所述脂肪酸的 水溶液的浓度为〇 · 15kg/L~0 · 85kg/L。3. 根据权利要求2所述的一种石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于:所述氧化石墨 烯与所述脂肪酸的质量比为1:1000~1:200;所述二环己基碳二亚胺与所述氧化石墨烯的 质量比为1:1000~1:100。4. 根据权利要求1所述的一种石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于:所述脂肪酸是 硬脂酸、软脂酸、肉豆蔻酸、月桂酸、二十酸、二十二酸、双十八酸、双十六酸、己二酸中的一 种或多种。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的一种石墨稀改性材料的制备方法，其特征在于： 滴加入含有氧化石墨烯的水溶液后超声波分散5分钟~20分钟；活化时间为20分钟~1小 时，水浴加热温度为40°C~80°C，水浴加热时间为1小时~5小时，避光搅拌温度为常温，避 光搅拌时间为5小时~18小时;所述离心分离是指将产物用离心机以2000rpm~10000 rpm 的转速离心分离30分钟~1小时，去上清液后，用乙醇水溶液洗涤后干燥。6. -种采用权利要求1所述的制备方法制得的石墨烯改性材料。7. -种采用权利要求1所述的制备方法制得的石墨烯改性材料用于去除空气中的臭味 的应用。8. -种采用权利要求1所述的制备方法制得的石墨烯改性材料所制成的空气滤芯。9. 一种空气过滤海绵，其特征在于:将采用权利要求1所述的制备方法制得的石墨烯改 性材料与蔗糖脂肪酸酯混合后，挤压捏合，置于具有毛细管的多孔板中，通入水蒸气，然后 冷却得到成品。10. 根据权利要求9所述的一种空气过滤海绵，其特征在于:所述水蒸气的温度为100°C ~120°C;所述通入水蒸气的时间为20分钟以上;所述石墨烯改性材料与所述蔗糖脂肪酸酯 的质量比为1:1~3:1。
【文档编号】B01D53/81GK106076109SQ201610635920
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月5日 公开号201610635920.X, CN 106076109 A, CN 106076109A, CN 201610635920, CN-A-106076109, CN106076109 A, CN106076109A, CN201610635920, CN201610635920.X
【发明人】葛春, 区升举, 文杨明, 向玉波, 杨东新, 张雨菲
【申请人】上海碳威新材料科技有限公司