[發明專利]一種負載氫氧化鈣的石墨烯氣凝膠復合材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010721440.1
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN112090400B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 秦君;李小梅;馮鋒;翟紅;盧珍;劉志雄;辛智慧
• 申請（專利權）人: 山西大同大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 鄭晉周

一種負載氫氧化鈣的石墨烯氣凝膠復合材料的制備方法及其應用，屬于石墨烯氣凝膠技術領域，可解決現有工業有害氣體的處理吸收方法吸收量有限以及生產工藝復雜的問題，本發明采用分步合成法，首先利用沉淀法合成氫氧化鈣顆粒，利用電解氧化法合成氧化石墨烯。下一步，采用水熱合成法將氫氧化鈣和氧化石墨烯聚合反應，最終得到負載氫氧化鈣的石墨烯氣凝膠復合材料。該復合材料既可用于SO₂、H₂S、Cl₂等酸性工業有害氣體的化學吸附去除領域，也可用于對苯等VOCs氣體吸附領域。

技術領域

本發明屬于石墨烯氣凝膠技術領域，具體涉及一種負載氫氧化鈣的石墨烯氣凝膠復合材料的制備方法及其應用。

背景技術

SO₂、H₂S、Cl₂等酸性氣體是常見的工業有害氣體，當空氣中存在一定濃度的上述氣體時，會對人呼吸器官產生強烈的刺激和腐蝕作用，導致中毒甚至致命危害。如何對空氣中存在的這些有害氣體進行防護和快速消除是環境化學領域中的重要問題，也是企業確保安全生產的重要條件。常見的酸性氣體吸收方法為物理吸附和化學吸附法，即利用活性炭自身的微孔結構對氣體分子進行吸附和捕獲，也可利用活性炭等材料浸漬弱堿（如碳酸鈉）、銅鹽（硫酸銅）等化學物質與酸性氣體發生反應而實現化學吸附。在實際應用中，由于活性炭的微孔結構的孔容積有限，通過物理吸附法很難實現對酸性氣體的大量吸附；對于化學吸附法，一方面，由于活性炭在經過浸漬處理后，其孔道結構極易被堵塞，當氣體流速較高時，孔隙內的化學吸附劑無法與有害氣體充分接觸和吸附；另一方面，由于活性炭等材料自重較大，要實現較高的酸性有害氣體吸附量就需要大量的活性炭，因而采用活性炭填料的吸附裝置較為笨重；再一方面，通過飽和溶液浸漬法對活性炭進行處理，無法負載較大量的化學吸附劑，浸漬液中的化學吸附劑只有一部分能夠負載到活性炭表面，如果進行多次浸漬操作則會增加生產工藝的復雜性。

石墨烯氣凝膠是利用氧化石墨烯進行聚合反應得到的超輕多孔材料，該材料由層數較少甚至單層的石墨烯立體組合而成，具有超高的孔容積，因而能夠吸附自身重量幾十倍的客體物質，是一種極具應用潛力的吸附材料。

發明內容

本發明針對現有工業有害氣體的處理吸收方法吸收量有限以及生產工藝復雜的問題，提供一種負載氫氧化鈣的石墨烯氣凝膠復合材料的制備方法及其應用。

一種負載氫氧化鈣的石墨烯氣凝膠復合材料的制備方法，包括如下步驟：

第一步，電解插層石墨階段：將石墨紙作為電解陽極，以石墨或鎳基耐腐蝕合金作為陰極，98%的濃硫酸作為電解液，將石墨紙浸入濃硫酸中，施加電壓+1.5~+2.0V進行電解插層反應，以石墨或鎳基耐腐蝕合金作為陰極，得到厚度增大5-8倍的插層石墨紙；

第二步，電解氧化石墨階段：將插層石墨紙作為陽極，以稀硫酸或稀硝酸或為電解液，施加電壓+7~+9V的電解電壓，將插層石墨紙緩慢浸入電解液，插層石墨紙作為犧牲陽極被逐漸氧化變為氧化石墨烯掉入電解液中，利用抽濾法將氧化石墨烯分離出來，電解液回流氧化電解池重復使用，用去離子水少量多次清洗氧化石墨烯后，得到純凈不含重金屬離子的氧化石墨烯；

第三步，氫氧化鈣的制備：稱量10.8g氫氧化鈉放在2L去離子水中溶解，稱量17.98g無水氯化鈣放在100mL燒杯中，加入去離子水溶解，將氫氧化鈉溶液高速攪拌，然后逐滴加入氯化鈣溶液，繼續攪拌老化1h，將白色沉淀物抽濾至不滴水，于50℃真空干燥3-6小時后得到約10g氫氧化鈣粉末材料，室溫密封存儲備用；

第四步，將氫氧化鈣、氧化石墨烯、有機溶劑、多糖交聯劑和去離子水混合、攪拌、超聲處理30min得到均一的混合分散液，將混合分散液倒入具備四氟乙烯內膽的不銹鋼高壓反應釜，于120-140℃反應2-3小時后得到負載氫氧化鈣的石墨烯水凝膠，將水凝膠冷凍干燥得到最終產物：負載氫氧化鈣的石墨烯氣凝膠塊狀整體材料。

第四步中所述有機溶劑包括乙醇或四氫呋喃，所述多糖交聯劑包括低聚淀粉或乳糖。