[發明專利]一種氧化石墨烯/殼聚糖復合氣凝膠微球的制備方法

有效

• 申請號: 201710341124.X
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107243326B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 楊冬芝;俞若夢;于中振;史永正
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種氧化石墨烯/殼聚糖復合氣凝膠微球的制備方法屬于復合材料領域，采用靜電噴霧結合冷凍干燥的方法制備了一種同時具備廣譜和快速吸附性能的復合氣凝膠微球。該復合氣凝膠微球內部為中心發散的定向微通道結構，其中微通道的孔壁為殼聚糖分子鏈交聯氧化石墨烯納米片形成模塊，構建的定向孔結構，在孔中殼聚糖分子鏈形成定向的蛛網狀結構。本專利所述的微球對于多種金屬離子和可溶性有機物在吸附速率快的同時具有廣譜且高吸附容量的特點。

技術領域：

本發明屬于復合材料領域，涉及有機無機復合材料，特別是一種氧化石墨烯負載殼聚糖形成的有機無機復合氣凝膠微球。

背景技術

隨著現代工業的發展，危險化學品泄漏事故頻繁發生，引起的水污染是全世界普遍面臨的環境問題。污水往往含有多種重金屬離子和可溶性有機物，導致的環境、健康和安全問題不容小覷。目前污水凈化技術包括吸附，氧化還原，生物降解，過濾，蒸餾，萃取等。其中，吸附是一種快速、經濟且有效的從水中分離污染物的技術。

氧化石墨烯(GO)具有生產成本低，比表面積大，親水性高，含氧官能團豐富等特點，廣泛用于高效水體吸附。由于靜電或π-π共軛相互作用，GO對許多可溶性陽離子或芳香族污染物表現出很好的親和力。此外，大比表面積和豐富的含氧官能團使得GO可以與其他功能材料符合，形成三維(3D)結構，提高吸附性能。殼聚糖(CS)作為一種環境友好的天然聚合物，含有大量氨基和羥基結合位點，可以用于金屬離子和陰離子有機物的吸附。本專利基于上述幾點，結合靜電噴霧和冷凍干燥技術，制備了具有中心發散微通道結構的石墨烯殼聚糖復合氣凝膠微球(微米)，同時綜合提升了對水體中金屬離子和有機污染物的吸附性能。其中，氣凝膠微球的中心發散微通道結構和大的比表面積有助于達到吸附的目的，以亞甲基藍和甲基橙染料為例，可以在30min內達到吸附平衡。而同樣組成的宏觀的氣凝膠材料，平衡時間需要約4h。同時，由于氧化石墨烯苯環的共軛作用和含氧官能團帶負電荷，殼聚糖的氨基帶正電荷，使得復合氣凝膠微球具有廣譜吸附的性質，能夠吸附可溶性有機物(亞甲基藍、甲基橙和苯酚)，以及重金屬離子(Pb(II)和Cr(VI))。其中亞甲基藍的平衡吸附容量可達570mg g^-1，Pb(II)平衡吸附容量可達780mg g^-1。

發明內容：

本發明的目的在于介紹一種制備氧化石墨烯/殼聚糖復合氣凝膠微球的方法。靜電噴霧結合冷凍干燥技術制備的微球，通過工藝參數控制，使得其具有不同的直徑及吸附特性。在吸附領域，對比通常的塊體狀宏觀復合氣凝膠材料，依照本發明所制備的石墨烯殼聚糖復合氣凝膠微球在保持大的吸附容量的同時，擁有廣譜和快速吸附性能。

本發明實現目的的技術方案如下：

一種氧化石墨烯殼聚糖復合氣凝膠微球的制備方法，其特征在于：該氣凝膠微球具有中心發散微通道結構，微球的直徑在幾百微米至毫米級別可調控。特別的，調控氧化石墨烯和殼聚糖比例，可以針對不同的吸附質，包括染料、苯酚和金屬離子進行吸附選擇性的調控。

所述復合氣凝膠微球的制備，其特征在于，包括以下步驟：

(1)Hummers’法制備氧化石墨烯：

采用天然石墨作為原料，將5g天然石墨，5g硝酸鈉，150mL 98％硫酸加入三口燒瓶中，冰浴攪拌下加入15g高錳酸鉀，35℃保持6h，加入200mL水，升溫至90℃保持30min，加入30％雙氧水40mL，靜置后水洗離心至中性；將得到的氧化石墨泥漿冷凍干燥，重新分散在去離子水中，超聲30min，得到氧化石墨烯分散液；

(2)配制氧化石墨烯殼聚糖分散液：

將氧化石墨烯分散液與殼聚糖溶液按照一定比例混合，得到氧化石墨烯與殼聚糖質量比為10:0.5-10:5的復合分散液；

(3)靜電噴霧結合定向冷凍：