本发明属于石墨烯材料领域，涉及一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
背景技术：
自从英国曼彻斯特大学的安德烈·k·海姆(andrek.geim)等在2004年制备出石墨烯材料以来，由于其独特的结构和光电性质，石墨烯材料受到了广泛的重视。单层石墨烯具有许多迷人的性能，例如：①高强度，杨氏模量(1,100gpa)，断裂强度(125gpa)；②高热导率(5,000w/mk)；③高导电性、高载流子传输率(200,000cm2/v·s)；④高比表面积(理论计算值：2,630m2/g)。尤其是超高的比表面积，使得其在吸附材料领域受到广泛关注。通过组装方法制备的石墨烯气凝胶具有互通的孔道结构，比表面积大，是目前石墨烯吸附材料的研究热点。但是其力学性能差，结构难保持，难以单独用作吸附材料。
活性炭是目前最常用的吸附材料，其具有发达的微孔结构，巨大的比表面积和优良的吸附性能，并且耐酸碱性好。近年来许多研究者试图将活性炭和石墨烯复合。专利201310590113.7《一种石墨烯改性活性炭的制备方法》中将石墨烯和传统木质或者秸秆活性炭相匹配，经高温活化后得到石墨烯改性的活性炭，具有高比表面积，可用于电容器领域。专利201410330304.4《一种活性炭/石墨烯复合物的制备方法》将生物质、碳氮化合物和过渡金属化合物混合，高温条件下直接原位生成活性炭/石墨烯复合材料，用于电化学领域。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂，其特征在于，由活性炭和石墨烯组成，密度为0.2～0.8g/cm3，比表面积为500～2000m2/g，孔体积为0.3～2cm3/g。
一种多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取10～30重量份的石墨，采用改进hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为10～30：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；
(2)取10～40重量份的糖类粉体与1～5重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物；
(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；
(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至800～1300℃，保温2～10h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
进一步地，步骤(2)中所述的糖类粉体为木糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、乳糖、淀粉、纤维素中的一种或多种。
本发明的有益效果在于：本发明首先直接利用了氧化石墨烯制备结束后需要除去的浓硫酸，直接将糖类粉体与浓硫酸反应，一方面消耗了体系中多余的浓硫酸，避免了氧化石墨烯提纯过程中繁琐的洗涤、离心过程，降低能耗，节约成本，充分利用浓硫酸也降低了环境污染；另一方面，糖类粉体和浓硫酸反应后得到的多孔碳骨架被氧化石墨烯包裹，原位形成复合结构。洗涤中加入的水使体系迅速升温并活化多孔结构。洗涤干燥后的碳/氧化石墨烯经高温还原最终得到活性炭/石墨烯复合吸附剂，高温还原时脱除的含氧基团产生气体，使得石墨烯片与片之间撑开，得到微孔结构，并且在活性炭上进一步造孔，使得材料整体的孔体积增大。本发明得到的多孔吸附剂具有高比表面积(500～2000m2/g)，高孔体积(0.3～2cm3/g)和低密度(0.2～0.8g/cm3)，石墨烯的包覆使得材料整体更耐腐蚀，可用于空气净化、水处理、催化载体、电化学材料等领域。
具体实施方式
制备多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂的方法包括如下步骤：
(1)取10～30重量份的石墨，采用改进hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为10～30：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；(2)取10～40重量份的糖类粉体与1～5重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物。所述的糖类粉体为木糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、乳糖、淀粉、纤维素中的一种或多种；(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至800～1300℃，保温2～10h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改变和调整均属本发明的保护范围。
实施例1：
(1)取10重量份的石墨，采用改进hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为10：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；
(2)取10重量份的蔗糖与1重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物；
(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；
(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至1000℃，保温2h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
经以上步骤，得到的多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂为黑色泡沫状，密度为0.39g/cm3，比表面积为1340m2/g，孔体积为1.46cm3/g，亚甲蓝吸附值为366ml/g。
实施例2：
(1)取25重量份的石墨，采用改进hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为25：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；
(2)取10重量份的蔗糖与1重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物；
(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；
(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至1000℃，保温2h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
经以上步骤，得到的多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂为黑色泡沫状，密度为0.25g/cm3，比表面积为1690m2/g，孔体积为1.12cm3/g，亚甲蓝吸附值为391ml/g。
实施例3：
(1)取30重量份的石墨，采用改进hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为30：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；
(2)取10重量份的蔗糖与1重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物；
(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；
(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至1300℃，保温2h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
经以上步骤，得到的多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂为黑色泡沫状，密度为0.2g/cm3，比表面积为1860m2/g，孔体积为1.97cm3/g，，亚甲蓝吸附值为416ml/g。
实施例4：
(1)取10重量份的石墨，采用改进hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为10：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；
(2)取20重量份的蔗糖与1.5重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物；
(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；
(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至800℃，保温2h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
经以上步骤，得到的多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂为黑色泡沫状，密度为0.51g/cm3，比表面积为1420m2/g，孔体积为1.1cm3/g，亚甲蓝吸附值为334ml/g。
实施例5：
(1)取10重量份的石墨，采用改进hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为10：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；
(2)取30重量份的蔗糖与4重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物；
(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；
(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至800℃，保温2h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
经以上步骤，得到的多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂为黑色泡沫状，密度为0.68g/cm3，比表面积为1150m2/g，孔体积为0.73cm3/g，亚甲蓝吸附值为309ml/g。
实施例6：
(1)取30重量份的石墨，采用改进hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为10：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；
(2)取40重量份的糖类粉体与5重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物；
(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；
(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至1300℃，保温2h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
经以上步骤，得到的多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂为黑色泡沫状，密度为0.79g/cm3，比表面积为520m2/g，孔体积为0.33cm3/g，亚甲蓝吸附值为265ml/g。
实施例7：
(1)取10重量份的石墨，采用改进hummers法制备氧化石墨烯，制备过程中，石墨和浓硫酸质量比为10：100，反应完全后得氧化石墨烯/浓硫酸分散液；
(2)取20重量份的淀粉与4重量份的水混合均匀，加入到步骤(1)得到的氧化石墨烯/浓硫酸分散液中，不断搅拌，得到粘稠糊状物；
(3)将步骤(2)得到的粘稠糊状物用去离子水洗涤至中性，获得固体材料；
(4)将步骤(3)得到的固体材料烘干，放入管式炉中，在氮气氛围下，升温至800℃，保温10h，得到多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂。
经以上步骤，得到的多孔石墨烯/活性炭复合吸附剂为黑色泡沫状，密度为0.58g/cm3，比表面积为1370m2/g，孔体积为0.88cm3/g，亚甲蓝吸附值为341ml/g。