一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107265434A(43)申请公布日2017.10.20(21)申请号201710443156.0(22)申请日2017.06.13(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人刘燕彭建波白露刘占超张文莉倪良(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法及其应用(57)摘要本发明属环境功能材料制备和污染物处理领域，涉及一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法。首先采用竹子为原料，通过氧化预处理法和超声剥离的方法制备了纳米纤维素，再利用乙二胺诱导竹制纳米纤维素与氧化石墨烯溶液凝胶化制备了竹制纳米纤维素/氧化石墨烯水凝胶；然后，水洗除去残留的乙二胺，结合冷冻干燥和高温热解的方法得到了低密度、疏水、多孔和阻燃性的竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶。该材料对油与有机溶剂污染物显示出了高的吸附容量。本发明采用廉价，可再生的竹子作为原料，制备出的复合碳气凝胶材料性能优异，且适于大规模的生产。CN107265434ACN107265434A权利要求书1/2页1.一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将竹子切成小块，水洗烘干后，再利用粉碎机粉碎后过筛，制成竹粉末；取一定量的竹粉末用滤纸包好，置于索式提取器中，利用甲苯和乙醇的混合溶液于一定温度下反复洗涤一段时间，接着将样品烘干；步骤2、将步骤1得到样品加入到pH为5.0，浓度为1.4％的亚氯酸钠溶液中进行反应，并重复多次，直至样品变成白色；再将得到的样品加入氢氧化钾溶液水浴加热反应一段时间，最后再用1％的盐酸溶液进行反应，并洗涤至中性，烘干；步骤3、将步骤2得到的样品分散到水溶液中，并依次加入一定量的溴化钠，四甲基哌啶(TEMPO)，混合搅拌均匀后，向其中滴加一定量的次氯酸溶液，用氢氧化钠或盐酸溶液调节溶液pH，并维持在pH＝10.0，进行水浴反应，反应结束后，再将溶液pH调至中性，洗涤烘干；步骤4、将步骤3得到的样品分散到水溶液中，利用搅拌机搅拌一段时间，形成均匀的样品溶液，再将溶液利用细胞破碎仪超声一段时间，然后高速离心，除去未反应的固体，得到均一透明的竹制纳米纤维素溶液；步骤5、取步骤4得到的竹制纳米纤维素溶液向其中加入适量的氧化石墨烯和乙二胺溶液，将混合溶液置于高温水浴中反应，一段时间后，得到竹制纳米纤维素/氧化石墨烯复合水凝胶，并将其在适宜的水浴温度下，搅拌洗涤一段时间，并重复多次，用以除去其中残留的乙二胺；步骤6、将步骤5得到的材料冷冻干燥后，将其置于管式炉中，程序升温至加热温度，在高温氮气条件下加热碳化一段时间，得到纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶。2.根据权利要求1所述的一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1中，竹粉末所过筛目为40～60目，竹粉末样品与甲苯乙醇混合溶液的质量体积比为1g:20～200mL，甲苯与乙醇的体积比为2:1，洗涤时间为6～24h，洗涤温度为90℃。3.根据权利要求1所述的一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2中，样品与亚氯酸钠溶液的质量体积比为1g:20～100mL，重复次数为3～8次。4.根据权利要求1所述的一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2中，氢氧化钾溶液的质量浓度为2％，样品与氢氧化钾溶液的质量体积比为1g:20～100mL，加入亚氯酸钠溶液后，反应温度75℃，反应时间1h；加入氢氧化钾后，水浴加热温度为80～95℃，水浴加热时间为2～8h；加入盐酸后，反应温度80℃，反应时间2h。5.根据权利要求1所述的一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3中，样品：溴化钠：TEMPO：次氯酸钠的质量比为1:0.1:0.016:0.074～0.370，水浴反应温度为25℃，水浴反应时间为1～6h；选用的调节pH值所用的氢氧化钠或盐酸溶液的浓度为0.1mol·L-1。6.根据权利要求1所述的一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4中，样品在水溶液中的质量浓度为1～3％，搅拌的速度为8000～2CN107265434A权利要求书2/2页20000rmp，搅拌时间为10～30min；细胞破碎仪的功率为300～650W，超声时间为3～10min。7.根据权利要求1所述的一种竹制纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤5中，竹制纳米纤维素的质量