亲水性石墨烯薄膜的制备方法
【专利摘要】本发明公开了亲水性石墨烯薄膜的制备方法，它包括以下步骤：将氧化石墨烯粉末加入去离子水中，超声分散，得氧化石墨烯悬浮液；将铁粉末、盐酸溶液加入氧化石墨烯悬浮液中，室温搅拌后静置；向混合液中加入盐酸溶液直至铁粉末完全去除，过滤分离，并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，烘箱中干燥后取出产物；向产物中加入磺化剂，用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，再加入还原剂，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；向亲水性石墨烯粉末中加入石墨粉和聚四氟乙烯，混均，通过压片法按压石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极。本发明通过减小石墨烯的接触角来增加石墨烯薄膜的亲水性，提高其在电容去离子方面的能力。
【专利说明】亲水性石墨烯薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯薄膜的制备方法，具体涉及一种亲水性石墨烯薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]电容式去离子是一种新兴的海水淡化技术，主要是利用多孔电极材料在直流电场作用下产生的电吸附作用去除溶液中的带电离子，具有效率高、无污染和能耗低等特点。根据其基本工作原理，理想电容吸附电极要具备高比表面积、良好的导电性、大小合适的孔隙结构以及优良的润湿性(Oren Y.Capacitive deionization (CDI) for desalinationand water treatment—past, present and future (a review)[J].Desalination,2008，228(1): 10-29.)。目前大多数⑶I是基于碳材料包括碳气凝胶电极、激活碳、有序介孔碳、碳纳米管以及石墨烯等。
[0003]石墨烯，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，具有高达2630 m2 / g的理论面积、7200 S / m的室温电导率和较大的机械强度(Novoselov KS， Geim A K, Morozov S V, et al.Electric field effect in atomically thin carbonfilms [J].science, 2004, 306(5696): 666-669.), Yang 等人经实验发现单层石墨烯的水接触角为92.5 °，这一性质严重限制其亲水性及其在电容式去离子的性能。Koratkar等人通过研究发现采用控制石墨烯片表面的粗糙度和表面化学能可以调整石墨烯的接触角从而增加其亲水性(Raf iee J, Rafiee MA, Yu Z Z, et al.Superhydrophobic tosuperhydrophiIic wetting control in graphene films[J].Advanced materials,2010，22(19): 2151-2154.)。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于:提供一种亲水性石墨烯薄膜的制备方法，通过减小石墨烯的接触角来增加石墨烯薄膜的亲水性，提高其在电容去离子方面的能力。
[0005]本发明的技术解决方案是它包括以下步骤:
(1)将氧化石墨烯粉末依质量比1:100^1000加入去离子水中，超声分散0.5~2h，得分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；
(2)将0.1-5δ铁粉末、5~100 mL质量分数5%~50%盐酸溶液加入步骤I的氧化石墨烯悬浮液中，室温机械搅拌60 min后静置Ih ；
(3)向步骤2的混合液中继续加入质量分数5%~50%盐酸溶液直至其中的铁粉末完全去除，过滤分离，并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于温度433Κ烘箱中干燥6 h后取出；
(4)向步骤3的产物中依质量比1:广10加入磺化剂，并将其放置在冰浴中2 h后取出，用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，再依质量比1:广10加入还原剂后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；所述的磺化剂为苯磺酸重氮盐或苯乙烯磺酸钠，还原剂为硼氢化钠或水合肼； (5)向亲水性石墨烯粉末中加入石墨粉和聚四氟乙烯，混均，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；其中，向亲水性石墨烯粉末的质量分数为60%，石墨粉的质量分数为30%，聚四氟乙烯的质量分数为10%。
[0006]本发明的优点是:通过控制引入酸性硫酸基团体减小石墨烯薄膜的接触角，增大石墨烯润湿性和比表面积，改善石墨烯的亲水性，电容式去离子能力强且无二次污染；通过引入磺酸基团，磺化后的石墨烯薄膜的水接触角由原先的79.3°下降到39.5°，比表面积也比未经磺化过的薄膜增大了 55% ;将石墨烯薄膜应用到超级电容器上，电容式去离子的效率达到了 83.4%,电容吸附量增加到8.6 mg/g,而未经磺酸化的电容式去离子效率为40%，电容吸附量为4.1 mg/g ;这些参数的对比说明了磺酸化后的石墨烯薄膜在电容式去离子上的能力提升了 109%，通过这种方法得到的石墨烯薄膜在薄膜超级电容器去离子领域有较好的发展潜能。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1磺酸化的石墨烯接触角和未经磺酸化的接触角的对比图。
[0008]图2亲水性石墨烯薄膜电极和未经磺酸化的石墨烯薄膜电极对溶液中Na+的电吸附的对比图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。
[0010]实施例1:将20g氧化石墨烯粉末加入到2000 mL去离子水中，超声分散0.5h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；取0.1 g铁粉末、5mL质量分数15%的盐酸溶液加入盛有氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数为15%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6 h，取出产物均分为两份备用；一份产物中加入Ig磺化剂苯磺酸重氮盐并将其放置在冰浴中2 h，取出用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入3g还原剂硼氢化钠后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入3g硼氢化钠直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；将6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；将6g未磺化的石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0011]实施例2:将20g氧化石墨烯粉末加入到IOOOOmL去离子水中，超声分散lh，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；0.6g铁粉末、20ml质量分数25%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数25%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6 h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入3g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入Ig还原剂水合肼后置于373K条件下持续搅拌24 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入Ig还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0012]实施例3:将20g氧化石墨烯粉末加入到6000mL去离子水中，超声分散2h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；1.5g铁粉末、IOml质量分数20%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数20%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6 h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入IOg磺化剂苯磺酸重氮盐并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入5g还原剂硼氢化钠后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入5g还原剂硼氢化钠直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0013]实施例4:将2(^氧化石墨烯粉末加入到400011^去离子水中，超声分散1.5 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；5g铁粉末、IOOmL质量分数50%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数50%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入5g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入IOg还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入IOg还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0014]实施例5:将20g氧化石墨烯粉末加入到20000mL去离子水中，超声分散1.5 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；3.8g铁粉末、25ml质量分数5%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数5%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6 h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入3g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入Sg还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入Sg还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；将6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的将6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0015]实施例6:将20g氧化石墨烯粉末加入到8000mL去离子水中，超声分散2 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；4 g铁粉末、60mL质量分数30%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数30%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入5g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入Sg还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入6g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0016]实施例7:将20g氧化石墨烯粉末加入到12000mL去离子水中，超声分散1.5 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；4.8g铁粉末、75mL质量分数40%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数40%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入Ig磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入9g还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入9g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0017]实施例8:将20g氧化石墨烯粉末加入到14000mL去离子水中，超声分散lh，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；0.5g铁粉末、15mL质量分数35%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数35%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入6g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入3g还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入3g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0018]实施例9:将20g氧化石墨烯粉末加入到9000mL去离子水中，超声分散0.5 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；0.3g铁粉末、30mL质量分数10%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数10%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入2g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入4g还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入4g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0019]实施例10:将20g氧化石墨烯粉末加入到IlOOOmL去离子水中，超声分散I h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；2.5 g铁粉末、70mL质量分数35%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数35%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入4g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入9g还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入9g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0020]实施例11:将20g氧化石墨烯粉末加入到8000mL去离子水中，超声分散1.5 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；2.6 g铁粉末、60mL质量分数30%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数30%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入5g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入Sg还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入6g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0021]实施例12:将20g氧化石墨烯粉末加入到16000mL去离子水中，超声分散0.5 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；0.6 g铁粉末、80mL质量分数45%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数45%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入7g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入Sg还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入Sg还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0022]实施例13:将20g氧化石墨烯粉末加入到18000mL去离子水中，超声分散I h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；3 g铁粉末、15mL质量分数40%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数40%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入2g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入4g还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入4g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0023]实施例14:将20g氧化石墨烯粉末加入到6000mL去离子水中，超声分散0.5 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；1.6 g铁粉末、35mL质量分数15%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数15%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入6g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入6g还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入6g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0024]实施例15:将20g氧化石墨烯粉末加入到20000mL去离子水中，超声分散1.5 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；2.5 g铁粉末、75mL质量分数25%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数25%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入2g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入4g还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入4g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0025]实施例16:将20g氧化石墨烯粉末加入到3000mL去离子水中，超声分散2 h，得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液；3.5 g铁粉末、90mL质量分数45%的盐酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯悬浮液的烧杯中，室温条件下机械搅拌60 min后静置Ih ;继续添加质量分数45%的盐酸溶液直至烧杯中的铁粉末完全去除，过滤分离并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出产物后均分为两份备用；一份产物中加入9g磺化剂苯乙烯磺酸钠并将其放置在冰浴中2 h，取出后用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，加入4g还原剂水合肼后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；另一份产物中加入4g还原剂水合肼直接还原后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；未磺化的6g亲水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到未经磺化的石墨烯薄膜电极。
[0026]实施例1-16所得的亲水性石墨烯薄膜电极和未经磺化的石墨烯薄膜电极如图1、2所示，图1磺酸化的石墨烯接触角和未经磺酸化的接触角的对比图，图2亲水性石墨烯薄膜电极和未经磺酸化的石墨烯薄膜电极对溶液中Na+的电吸附的对比图。
【权利要求】
1.亲水性石墨烯薄膜的制备方法，其特征是:它包括以下步骤: (1)将氧化石墨烯粉末依质量比1:100^1000加入去离子水中，超声分散0.5~2h，得分散均匀的氧化石墨烯悬浮液； (2)将0.1-5δ铁粉末、5~100 mL质量分数5%~50%盐酸溶液加入步骤I的氧化石墨烯悬浮液中，室温机械搅拌60 min后静置Ih ； (3)向步骤2的混合液中继续加入质量分数5%~50%盐酸溶液直至其中的铁粉末完全去除，过滤分离，并用去离子水和乙醇溶液清洗数次，置于温度433Κ烘箱中干燥6 h后取出； (4)向步骤3的产物中依质量比1:广10加入磺化剂，并将其放置在冰浴中2 h后取出，用去离子水清洗干净，真空过滤收集后重新超声分散于水中，再依质量比1:广10加入还原剂后置于473K条件下持续搅拌12 h，过滤洗涤，真空干燥得到亲水性石墨烯粉末；所述的磺化剂为苯磺酸重氮盐或苯乙烯磺酸钠，还原剂为硼氢化钠或水合肼； (5)向亲水性石墨烯粉末中加入石墨粉和聚四氟乙烯，混均，通过压片法按压到石墨烯纸上，得到亲水性石墨烯薄膜电极；其中，向亲水性石墨烯粉末的质量分数为60%，石墨粉的质量分数为30%，聚四氟乙烯的质量分数为10%。
【文档编号】H01G11/24GK103871753SQ201410065935
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】贾宝平, 王秋泽, 吴昊, 丁建宁 申请人:江苏昊华精细化工有限公司, 常州大学