[發明專利]一種三維多孔氧化石墨烯海綿的制備方法

在審

• 申請號: 202110772758.7
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113387353A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 戴中華;張凡博;張佳晴;狄紫依
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

1.一種三維多孔氧化石墨烯海綿的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)GO分散液的制備：稱量5～10g的天然石墨鱗片和2.5～5g的NaNO₃，并量取130～260mL的H₂SO₄，三者混合均勻后于冰浴條件下持續攪拌；再稱取15～30g的KMnO₄，將其放入反應燒杯中，繼續反應2～4h；將反應燒杯轉移至30～40℃的水浴中反應0.5～2h；隨后升溫至90～120℃，并量取去離子水200～400mL，加入反應燒杯中，持續反應0.5～1h；接著加入去離子水200～400mL和230～460mL的H₂O₂，放置于磁力攪拌器上攪拌0.5～1h；反應結束后，用HCl洗滌清除硫酸根，再用去離子水反復洗滌至pH＝7，制得GO分散液；

(2)硝基化PS微球的制備：量取PS微球分散液8～15mL加入燒杯中，在油浴中開啟磁力攪拌，然后將HNO₃與H₂SO₄按2:3的比例進行配制；先量取4～8mL HNO₃放于燒杯中，再量取6～12mL的H₂SO₄緩慢加入HNO₃中，并用玻璃棒不斷攪拌。將配制好的混酸加入PS乳液中進行硝基化；反應2～4h后將制備的反應溶液用循環真空泵反復抽濾，直至pH值為中性；將得到的產物置于干燥箱烘干，得到淡黃色粉末，標記為PNS；

(3)氨基化PS微球的制備：將上一反應得到的PNS微球粉末置于燒杯中，放置在70～90℃的油浴鍋中并開啟磁力攪拌，加入60～120mL的NaOH溶液，隨后加入3～6g的還原劑Na₂S₂O₄，反應3～5h后用循環真空泵將反應的混合物洗至pH＝7，將得到的產物置于干燥箱烘干，得到淡黃色粉末，標記為PAS；

(4)表面包裹GO的PAS微球的制備：稱取0.18～0.36g的PAS微球粉末，加入去離子水0.9～1.8mL，配制成2wt％的PAS微球乳液；分別加入不同濃度的GO分散液(分別為0.5mg/mL、1mg/mL、3mg/mL、5mg/mL、7mg/mL、9mg/mL)，按照體積比1:1混合，并進行超聲，使GO能充分包覆在PAS微球的表面；然后將混合的溶液進行離心；抽掉上層的清液，放于干燥箱中干燥，取出反應物質并研磨成粉，標記為GO/PAS；

(5)三維多孔GO海綿的制備：將GO/PAS復合物放置于單道管式爐中，在400～600℃的惰性氣體氛圍中恒溫加熱1～3h，升溫速率為5～8℃/min，去除PAS模板，得到三維多孔GO；在反應物中加入去離子水200～400mL，將制得的GO溶液在溫度為-10～-20℃的條件下冷凍干燥24～48h，得到凍干的GO塊體；再將凍干的GO塊體置于真空干燥箱中，在80～100℃條件下真空干燥20～28h，得到三維多孔GO海綿。

其中，步驟(1)、(3)中天然石墨鱗片、NaNO₃、KMnO₄與Na₂S₂O₄的質量比為：(2～2.5):1:6:(1～1.2)；步驟(1)、(3)中H₂SO₄、H₂O₂與NaOH的質量比(10～15):1；6。步驟(1)中加入的H₂SO₄、NaNO₃與天然石墨鱗片的比例范圍為2:1(16～18)。

2.根據權利要求1所述的一種三維多孔氧化石墨烯海綿的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，H₂SO₄的濃度為90～98wt％。

3.根據權利要求1所述的一種三維多孔氧化石墨烯海綿的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，冰浴條件下持續攪拌2～4h；水浴反應時間0.5～2h。

4.根據權利要求1所述的一種三維多孔氧化石墨烯海綿的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，HNO₃的濃度60～70wt％。