[發明專利]一種可再生的超疏水石墨烯基吸油海綿的制備方法

在審

• 申請號: 201611221938.1
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106693444A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 杜國勇;朱成旺;任燕玲;蔣昕;鄭惠蕓;張洪銘;汪倩;朱盟翔
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: B01D17/022
• 分類號: B01D17/022
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種可再生的超疏水石墨烯基吸油海綿的制備方法，屬于功能性材料和油水分離領域。

背景技術

隨著石油化工行業的快速發展，石油開采、煉制、油品運輸等過程產生的大量油類泄漏以及工業有機溶劑污染對水生態環境造成了嚴重的破壞。傳統的吸油材料要么吸附能力低、選擇性差，要么制備工藝復雜，價格昂貴，無法滿足大規模廢油回收和環境治理的需要。因此，開發清潔、經濟、高效、可循環使用的吸油材料成為近期研究熱點。

近年來，研究人員利用石墨烯比表面積大、疏水性強的優良特性，將其應用在油類及有機污染物吸附領域，開發了許多具有高吸油量的石墨烯基材料，包括海綿狀石墨烯(Spongy graphene)、石墨烯基海綿(Graphene based sponge)和碳氣凝膠(Carbon aerogels)等。這些三維多孔海綿具有很高吸附能力和選擇性，但其孔隙結構不穩定，容易被損壞，且制備成本較高、反應條件苛刻，限制了其在油水分離領域的應用。多孔聚合物海綿強度大、彈性好、孔隙度高、密度低、價格低廉，是制備吸油材料的良好基體。然而，這類海綿通常具有親水性，無法實現油水分離。目前，以多孔聚合物海綿作為基底材料，利用石墨烯涂層的特殊表面性質，對其表面進行疏水改性，制得疏水親油的石墨烯基吸油海綿是一大研究方向。但當前的石墨烯基吸油海綿存在機械強度較弱、吸附能力較低、油水分離性能較差、再生能力有限以及石墨烯涂層易脫落等問題；此外，在石墨烯還原過程中常用到水合肼、乙二胺等有毒還原劑，不僅工藝繁瑣，且危害環境。

申請號為CN 102500133 A的發明專利公開了一種石墨烯海綿的應用方法，合成的石墨烯海綿可用于吸附有機溶劑或油脂。該石墨烯海綿通過自組裝反應制得，雖對油類和有機溶劑具有良好的吸附效果，但海綿強度不足，擠壓過程中易破壞海綿結構，只能采用低壓蒸餾、萃取、或者高溫蒸餾的方法，將有機溶劑或者油脂從石墨烯海綿中清除或回收利用。

申請號為CN 103342827 A的發明專利公開了一種疏水親油性聚氨酯海綿的制備方法，先利用鱗片石墨制備膨脹石墨，將膨脹石墨于濃硝酸中回流36h，并于氨水/乙醇混合溶液中超聲處理3h，再將所得物質在乙醇溶液中超聲90min，得到少層石墨烯納米片層。最后將聚氨酯海綿浸入石墨烯乙醇溶液中，烘干后得到疏水親油海綿。該海綿吸水倍率和吸油倍率分別達0.04和43倍，疏水和吸油效果較好。但該專利既沒有通過測試海綿的水接觸角大小來直觀表達海綿的疏水效果，也沒有考察海綿的再生性能。

申請號為CN 104338519 A的發明專利公開了一種改性石墨烯負載聚氨酯海綿及其制備方法，將經硅烷偶聯劑改性的石墨烯涂層負載到聚氨酯海綿上，海綿由親水變成了超疏水(接觸角為161°)，吸油能力增強，對柴油的飽和吸附量達到37.89g，但仍處于較低水平。

申請號為CN 105754144 A的發明專利公開了一種超疏水還原氧化石墨烯/海綿復合材料及其制備方法，以乙二胺為還原劑，在微波-超聲波反應器中將氧化石墨烯還原成還原氧化石墨烯，并在空穴等聲波作用下將還原氧化石墨烯分散并附著到商品海綿上，得到具有超疏水性的還原氧化石墨烯/海綿復合材料。該發明操作簡單，所得海綿親油疏水性能較好，但選用具有強堿性和腐蝕性的乙二胺來還原氧化石墨烯，對環境有一定危害；該專利也沒有考察海綿的再生性能。

發明專利內容

本發明的目的在于提供一種超疏水石墨烯基吸油海綿的制備方法，所得的石墨烯基海綿能夠有效地吸附水體中的油類及有機溶劑，具有機械柔韌性好、再生能力強、工藝簡單、環境友好且成本低廉的優點。

一種可再生的超疏水石墨烯基吸油海綿的制備方法，具體是按如下步驟進行的：

(1)將潔凈三聚氰胺海綿浸入氧化石墨烯懸浮液中，超聲分散，使氧化石墨烯均勻地附著在三聚氰胺海綿上；

(2)將步驟(1)所得海綿取出，擠干殘余液體后放入真空干燥箱進行熱還原反應；

(3)將步驟(2)所得海綿浸入硅烷偶聯劑的乙醇稀釋液，浸漬反應一段時間后取出海綿，待液體不再流淌后放入真空干燥箱烘干即得目標產品。

所述的潔凈三聚氰胺海綿通過乙醇和純水依次進行超聲潤洗，然后置于50～80℃真空干燥箱干燥至恒重得到。

所述的氧化石墨烯懸浮液通過改進的Hummer’s法制備得到；所述的氧化石墨烯懸浮液濃度為2～4mg/L。

所述的三聚氰胺海綿浸沒于氧化石墨烯懸浮液中所需超聲分散時間為30～60min，超聲頻率為25～80kHz，超聲功率為50～200W。