[發明專利]導電高分子-石墨烯納米復合材料、其制備方法及用途

在審

• 申請號: 201310548994.6
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN104629360A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 劉鋼;李潤偉;張文斌;巫遠招;潘亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08L79/04;C08L65/00;C08K3/04;C08G73/02;C08G73/06;C08G61/12;C22B7/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 單英

技術領域

本發明屬于導電高分子材料技術領域，具體涉及一種導電高分子-石墨烯納米復合材料、其制備方法以及在廢棄物回收處理中的用途。

背景技術

許多廢棄物中富含金、銀、鈀、鉑等貴重金屬和稀有金屬，例如在電子廢棄物，尤其是廢舊印刷電路板中包含的金屬品位是普通原生礦石的幾十倍。因此，廢棄物中金屬資源的回收處理已成為國內外金屬再生行業的朝陽產業。

目前，廢棄物中金屬資源的回收處理方法應用最多的是物理法和化學法相結合的方法，其中化學法多采用濕法冶金技術。具體為：將破碎后的廢棄物碎片通過酸性或堿性液體溶浸，浸出液再經萃取、沉淀、置換、離子交換、電解、過濾以及蒸餾等一系列的處理過程，最終得到高純度的金屬。但是，該方法中，在金屬還原回收的過程往往耗用大量的氟化物、氰化物等劇毒試劑并產生大量的酸堿廢液，如不采用妥善的辦法予以處理，將對生態環境和人類健康造成了嚴重的污染和危害。

因此，如何綠色環保地回收處理廢棄物中的金屬資源，以實現環境保護和資源再生，是人類社會面臨的重要難題之一。聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等導電高分子具有本征導電性、環境穩定性、溶液加工性和可逆氧化還原活性等特點。在酸性環境中，此類導電高分子主鏈上的雜原子（例如N、S原子等）可在各種本征氧化態及質子化狀態之間相互轉化，因此具有可逆氧化還原性。該性能可有效利用在金屬（例如金、銀、鉑、鈀、汞、銅、錫、鉻等）的回收過程中。即，將該可逆氧化還原作用與廢棄物酸浸取液中金屬離子的電化學還原反應相耦合，可實現金屬離子的自發吸附還原，從而實現該金屬離子的回收再利用。但是，這類導電高分子往往存在團聚、粘連現象，影響了其實際吸附還原金屬離子的效率。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供了一種導電高分子新材料，該材料有效避免了現有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等導電高分子材料的團聚、粘連等問題，當用于廢棄物中金屬元素的回收處理中時，具有較高的吸附還原能力。

本發明提供的導電高分子新材料為：一種導電高分子-石墨烯納米復合材料，由導電高分子材料與石墨烯構成，所述的導電高分子材料以石墨烯為載體，分散在石墨烯片層結構表面，所述的導電高分子材料為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩，以及它們的環取代衍生物、雜原子取代衍生物（即聚苯胺的環取代衍生物、雜原子取代衍生物，聚吡咯的環取代衍生物、雜原子取代衍生物，聚噻吩的環取代衍生物、雜原子取代衍生物）中的一種。

作為優選，所述的導電高分子單體與石墨烯的質量比為1：100～1：10。

本發明還提供了一種制備該導電高分子-石墨烯納米復合材料的方法，采用圖1所示的路線制備得到，具體如下：

（1）將聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它們的環取代衍生物、雜原子取代衍生物中的一種所對應的的單體溶于烯鹽酸中，得到溶液A；將氧化石墨烯粉體或氧化石墨烯纖維分散于去離子水中，得到溶液B；攪拌混合溶液A與溶液B，使二者進行反應，然后過濾或高速離心，得到質子化的導電高分子-石墨烯固體產物；

上述反應過程中，一方面由于氧化石墨烯具有氧化能力，引發單體發生聚合反應，聚合為相應聚合物；同時，在酸性環境下，氧化石墨烯被還原為石墨烯；因此，二者攪拌混合后該聚合物分散在石墨烯片層結構中。

上述反應過程中，優化的制備工藝如下：

所述的單體與石墨烯的質量比優選為1：100～1：10；

所述的稀鹽酸的摩爾濃度優選為0.1M～1M；

所述的溶液A中，單體與稀鹽酸的體積比優選為1：10～1：100；

所述的溶液B中，固液比優選為1：1～1：10；

所述的反應優選在60℃～80℃下進行，反應6小時～24小時；

（2）將質子化的導電高分子-石墨烯固體產物利用氨水稀溶液去質子化，剩余氨水用去離子水沖洗除去，然后真空干燥，再經破碎、篩分，得到導電高分子-石墨烯納米復合材料。

所述的氨水稀溶液的濃度優選為0.1M～1M。

所述的干燥溫度優選為60℃～100℃。

綜上所述，本發明提供的復合材料具有獨特的結構特征，是以石墨烯為載體，將聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及它們的環取代衍生物、雜原子取代衍生物中的一種導電高分子承載在其片層結構表面，因此有效避免了該導電高分子材料的團聚、粘連等問題，增大了該導電高分子材料的比表面積；另一方面，由于石墨烯具有良好的導電性，因此與石墨烯復合后得到的復合材料同時也提高了該高分子材料的導電性能。