[發明專利]一種利用離子液體制備氧化石墨烯/碳納米管/纖維素復合凝膠的方法

有效

• 申請號: 201410323335.7
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104086783A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 孫立國;王偉艷;李麗;張艷紅;林穎芳
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: C08J3/02
• 分類號: C08J3/02;C08L1/02;C08K3/04;C08K7/24
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及纖維素復合凝膠的制備方法。

背景技術

凝膠是高分子鏈間以化學鍵或物理作用力形成的具有交聯結構的溶脹體，有復雜的空間網絡結構。凝膠對外界條件的刺激能產生相應的體積相變，有良好的生物相容性，在工業生物化學醫藥等領域有許多用途。水凝膠是指能夠吸收并保持大量水分而又不溶于水的交聯聚合物，具有三維網絡結構的功能高分子材料。三維網絡結構是由高分子鏈的交聯所形成的，交聯一般是通過形成共價鍵、氛鍵、范德華力、物理纏繞等所得到的。由于水凝膠中含水量高，柔軟度與生物組織比較相似，因而具有很好的生物相容性，在藥物控制釋放、生物傳感器、藥物制造等方面有很好的應用。

纖維素(cellulose)是地球上最豐富的天然高分子資源，木材、亞麻、棉花等的主要成分都是纖維素.它是植物細胞壁的主要成分，是構成植物的骨架。纖維素是無色、無味具有纖維狀結構的多糖，分子式可以用(C₆H₁₀O₅)_n(n為聚合度)來表示，組成纖維素的基本結構單元是葡萄糖。它具有可降解、可再生，無污染、生物相容性好、物理化學性質穩定等特點，將它功能化或改性后可以用于紡織品、高吸水性材料、吸油劑、重金屬吸附劑、催化劑載體和生物醫用材料等領域。而且纖維素形式的生物質能也將作為日后重要的清潔能源。纖維素中每個單元上含有3個羥基，纖維素內和纖維素與纖維素之間存在大量氫鍵，使得纖維素易于形成凝膠。專利號為201110274091.4的中國專利公開了一種制備纖維素復合氣凝膠的方法，先將纖維素溶解于堿性溶劑中，隨后在此溶液體系中分散碳基改性材料(碳納米管、氧化石墨水烯或還原氧化石墨烯)，再通過凝膠化、溶劑交換、干燥過程得到纖維素復合氣凝膠。這種復合凝膠中存在來自于溶劑的污染,而且在溶劑交換過程在凝膠易變形。

發明內容

本發明是要解決現有方法得到的復合凝膠中存在來自于溶劑的污染，而且在溶劑交換過程在凝膠易變形的技術問題，而提供一種利用離子液體制備氧化石墨烯/碳納米管/纖維素復合凝膠的方法。

本發明的利用離子液體制備氧化石墨烯/碳納米管/纖維素復合凝膠的方法按以下步驟進行：

一、稱取重量份數0.5～10份的纖維素加入到重量份數100份的離子液體中，在油浴鍋中70～100℃下攪拌溶解8～12h，得到纖維素溶液；

二、將氧化石墨烯和碳納米管分別加入溶劑中，超聲處理使其分散均勻，得到氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液；

三、將氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液加入到步驟一制備的纖維素溶液中，在80～100℃的條件下攪拌12～24h，得到纖維素混合液；

四、將步驟三得到的纖維素混合液倒入模具中，靜置降溫后，將模具連同其中的纖維素混合液浸沒于去離子水槽中浸泡6～12h置換以去除離子液體，更換水槽中去離子水重復置換3～5次，得到凝膠；

五、將步驟四所得的凝膠置于冷凍干燥機中干燥，得到氧化石墨烯/碳納米管/纖維素復合凝膠。

本發明以離子液體為溶劑，先將纖維素溶解，通過向纖維素離子液體混合液中加入氧化石墨烯和碳納米管的分散液來獲得氧化石墨烯/碳納米管/纖維素離子液體溶液，將所得溶液浸入水槽成型即得復合凝膠。在保持纖維素，氧化石墨烯和碳納米管的量不變的情況下，通過改變加入氧化石墨烯和碳納米管的分散液中有機溶劑的體積可以改變凝膠體積，從而改變凝膠的強度，韌性等性能，同時通過改變氧化石墨烯和碳納米管的含量，進而改變復合凝膠的導電性能等。

本發明所制備的復合凝膠兼具有纖維素，氧化石墨烯，碳納米管三者的優良性能，如纖維素易于形成凝膠，環保性能；氧化石墨烯，碳納米管有力學增強性能和超強的磁電功能。

本發明的對設備要求低，僅需要加熱且無需高溫。生產所需時間較短，溶劑為離子液體，相對于其他纖維素溶解體系可回收再利用，溶劑損耗小，無污染，無毒害。纖維素在離子液體中更易于與氧化石墨烯、碳納米管產生相互鍵合作用，使凝膠強度提高，而且離子液體粘度大，在進行溶劑交換時形狀不易變化，對于不規則形狀的凝膠的制備有著極大的優勢。該制備方法工藝流程簡單，原料來源廣，效率高，產品具有優良的電學性能，機械性能，穩定性好，且對環境無污染，在電學應用廣泛，可做傳感器、電磁屏蔽材料、化學修飾電極，超級電容器等。

附圖說明

圖1是實施例1步驟一中的α-纖維素的X射線衍射光譜圖實施例1的纖維素的X射線衍射光譜圖(XRD)；

圖2是實施例1中步驟二中的氧化石墨烯的X射線衍射光譜圖；