一種氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化石墨烯?氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：取氧化石墨烯，加入到分散溶劑中，在超聲清洗儀中超聲1h，用低速離心機分離，過濾掉下層的沉淀取上層溶液；取溶液，用稀氨水和稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH，再加入六水合氯化鋁，進行反應(yīng)；待步驟二中反應(yīng)完畢冷卻至室溫，磁力攪拌0.5h，然后將混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟水熱釜中，在180℃下保持12h，待反應(yīng)釜降至室溫，將圓柱狀產(chǎn)物取出，用醇洗、水洗各二到三次，將產(chǎn)物在冷凍干燥機中干燥12h，即得到氧化石墨烯?氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料。通過本發(fā)明的方法制備的超輕的復(fù)合材料，擁有豐富的孔道結(jié)構(gòu)，并可充分發(fā)揮石墨烯的優(yōu)良導(dǎo)電性，擁有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及有機-無機氧化物復(fù)合氣凝膠制備領(lǐng)域，具體是一種氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣凝膠是一種以納米量級超微顆粒相互聚集構(gòu)成的內(nèi)部充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的低密度多孔性固體材料，孔隙率可高達98.9%。它是目前發(fā)現(xiàn)的，世界上最輕的固體材料，有“固態(tài)煙”之稱。氣凝膠除具有納米材料的基本性質(zhì)，還具有高孔隙率、低傳熱系數(shù)、低密度、低導(dǎo)電系數(shù)、低折射系數(shù)、低聲傳播速度等諸多優(yōu)良特性，在隔熱耐火材料、催化劑及催化劑載體、消音減震材料、新型高能粒子探測器、氣體和水的凈化劑、特種玻璃前驅(qū)體等方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。其中石墨烯氣凝膠具有質(zhì)量輕、強度高、高比表面積、熱穩(wěn)定性好以及導(dǎo)電率高等優(yōu)點。三維結(jié)構(gòu)的石墨烯在超級電容器、油吸附材料以及催化劑載體等方面有巨大潛在用途。
[0003]氧化鋁(Al2O3),工業(yè)上俗稱鋁氧，是一種用量相當大的化學用品。它具有機械強度大、熱穩(wěn)定性好和廉價易得等優(yōu)點，是一種非常重要的化工原料，因此能夠被廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)和功能陶瓷、醫(yī)藥、環(huán)保、吸附劑、催化劑和催化劑載體等領(lǐng)域。然而現(xiàn)階段制備得到的氧化鋁易團聚、比表面積小，因此若能找到有效的方法提高氧化鋁的分散性，將對氧化鋁的吸附催化等性能產(chǎn)生積極的影響，這對提高其工業(yè)應(yīng)用有極大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在針對現(xiàn)階段制備的氧化鋁易團聚、比表面積小，層狀氧化石墨烯三維塊體難成型的問題，提出一種氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，從而得到兼具有氧化鋁和氧化石墨烯優(yōu)勢并改善了其固有缺陷的新材料。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一、取氧化石墨烯，加入到分散溶劑中，在超聲清洗儀中超聲lh，用低速離心機分離，過濾掉下層的沉淀取上層溶液；
[0008]步驟二、取步驟一得到的溶液，用稀氨水和稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH，再加入六水合氯化招，進行反應(yīng)；
[0009]步驟三、待步驟二中反應(yīng)完畢冷卻至室溫，磁力攪拌0.5h，然后將混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟水熱釜中，在180°C下保持12h，待反應(yīng)釜降至室溫，將圓柱狀產(chǎn)物取出，用醇洗、水洗各二到三次，將產(chǎn)物在冷凍干燥機中干燥12h，即得到氧化石墨烯-氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料。
[0010]進一步的，步驟一中，所述氧化石墨稀由改性Hummer法制備，具體步驟為:按照質(zhì)量比為2:1取天然鱗片石墨和硝酸鈉添加到濃硫酸中，在冰浴條件下攪拌2h，該階段為預(yù)氧化階段;預(yù)氧化完畢后，緩慢加入高錳酸鉀，其中，高錳酸鉀與天然鱗片石墨的質(zhì)量比為3:I，并在冰浴條件下繼續(xù)反應(yīng)2h，該階段為低溫反應(yīng)階段;撤去冰浴，將上述反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至35°c水浴中，繼續(xù)反應(yīng)lh，該階段為中溫反應(yīng)階段；向上述反應(yīng)體系中緩慢加入去離子水，隨后升溫至98 V，并在該溫度下反應(yīng)30min，該階段為高溫反應(yīng)階段;高溫反應(yīng)階段結(jié)束后，加入去離子水以及雙氧水，并攪拌lh，反應(yīng)結(jié)束;氧化石墨制備完畢后，通過離心洗滌的方式除去其中的雜質(zhì)離子;洗滌完畢后，將所得到的氧化石墨漿料在60°C條件下進行鼓風干燥，備用。
[0011 ]進一步的，步驟一中，氧化石墨稀與分散溶劑的質(zhì)量體積比為0.3:100?0.2:50g/mLo
[0012]進一步的，步驟一中，分散溶劑為蒸餾水。
[0013]進一步的，步驟一中，超聲清洗儀的超聲功率為180W。
[0014]進一步的，步驟一中，低速離心機的轉(zhuǎn)速是4000rpm/min。
[0015]進一步的，步驟二中，步驟一所得溶液與六水合氯化鋁的體積質(zhì)量比為50:1.2?50:2.4o
[0016]進一步的，步驟二中，溶液的pH調(diào)節(jié)至1-12。
[0017]進一步的，步驟二中，反應(yīng)溫度為50-100°C。
[0018]進一步的，步驟二中，反應(yīng)時間為0.5h_10h。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，使用氧化石墨烯進行改性，通過將六水合氯化鋁分散于氧化石墨烯溶液中，采用一步水熱合成得到產(chǎn)品，氧化鋁具有很好的分散性，這種復(fù)合材料具有豐富的孔結(jié)構(gòu)，同時具有石墨烯的優(yōu)異導(dǎo)電性能，可作為催化劑及催化劑載體、吸附材料等，有較高的實際應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0020]圖1為是實施例制備的干燥后的復(fù)合氣凝膠的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做更進一步地解釋。下列實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用來限定本發(fā)明的實施范圍。
[0022]—種氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，以氧化石墨烯為原料超聲分散在溶劑中，再加入一定量的六水合氯化鋁在設(shè)定溫度下攪拌回流一定時間，最后用水熱法合成得到圓柱狀濕凝膠，經(jīng)過醇洗、水洗后冷凍干燥得到超輕的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠，具體包括如下步驟:
[0023]步驟一、取由改性Hummer法制備的氧化石墨稀，加入到分散溶劑中，在180W超聲功率的超聲清洗儀中超聲lh，用低速離心機在轉(zhuǎn)速為1000-8000rpm/min的情況下分離，過濾掉下層的沉淀取上層溶液；
[0024]其中，氧化石墨烯與分散溶劑的質(zhì)量體積比為0.3:100-0.2:50g/mL。
[0025]步驟二、取步驟一得到的溶液，用稀氨水和稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH至1-12，再加入六水合氯化鋁，于 50-100°CiS0.5h-10h;
[0026]其中，步驟一所得溶液與六水合氯化鋁的體積質(zhì)量比為50:1.2?50:2.4。
[0027]步驟三、待步驟二中反應(yīng)完畢冷卻至室溫，磁力攪拌0.5h，然后將混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟水熱釜中，在180 °C下保持12h，待反應(yīng)釜降至室溫，將圓柱狀產(chǎn)物取出，用醇洗、水洗二到三次，將產(chǎn)物在冷凍干燥機中干燥12h，即得到氧化石墨烯-氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料。
[0028]本發(fā)明中所使用的氧化石墨烯是采用改性Hummer法制備得到，其制備方法如下:
[0029]氧化石墨烯的制備:稱取5g天然鱗片石墨和2.5g硝酸鈉添加到130ml濃硫酸中，在冰浴條件下攪拌2h，該階段為預(yù)氧化階段;預(yù)氧化完畢后，緩慢加入15g的高錳酸鉀，并在冰浴條件下繼續(xù)反應(yīng)2h，該階段為低溫反應(yīng)階段;撤去冰浴，將上述反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至35°C水浴中，繼續(xù)反應(yīng)lh，該階段為中溫反應(yīng)階段；向上述反應(yīng)體系中緩慢加入230mL去離子水，隨后升溫至98 V，并在該溫度下反應(yīng)30min，該階段為高溫反應(yīng)階段;高溫反應(yīng)階段結(jié)束后，加入400ml去離子水以及1ml雙氧水，并攪拌lh，反應(yīng)結(jié)束。氧化石墨制備完畢后，通過離心洗滌的方式除去其中的雜質(zhì)離子，例如鉀離子、錳離子以及硫酸根離子。洗滌完畢后，將所得到的氧化石墨漿料在60 °C條件下進行鼓風干燥，備用。
[0030]實施例1
[0031 ] 步驟一、取0.3g氧化石墨，加入到10ml蒸餾水中，在180W超聲功率的超聲清洗儀中超聲lh，用低速離心機分離，過濾掉下層的沉淀取上層溶液；
[0032]步驟二、取50ml步驟一中的溶液，用稀氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為7.5，再加入2.4143g六水合氯化鋁，在80 0C下反應(yīng)4h ；
[0033]步驟三、待步驟二中反應(yīng)完畢冷卻至室溫，磁力攪拌0.5h，將混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟水熱釜中，在180 °C下保持12h，待反應(yīng)釜降至室溫，將圓柱狀產(chǎn)物取出，用醇洗、水洗各二到三次，將產(chǎn)物在冷凍干燥機中干燥12h，即得到氧化石墨烯-氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料。
[0034]實施例2
[0035]步驟一、取0.2g氧化石墨，加入到50ml水中，在180W超聲功率的超聲清洗儀中超聲Ih，用低速離心機分離，過濾掉下層的沉淀取上層溶液；
[0036]步驟二、取50ml步驟一中的溶液，用稀氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為6，再加入1.2072g六水合氯化鋁，在100 °C下反應(yīng)5h;
[0037]步驟三、待步驟二中反應(yīng)完畢冷卻至室溫，磁力攪拌0.5h，將混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟水熱釜中，在180 °C下保持12h，待反應(yīng)釜降至室溫，將圓柱狀產(chǎn)物取出，用醇洗、水洗各二到三次，將產(chǎn)物在冷凍干燥機中干燥12h，即得到氧化石墨烯-氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料。
[0038]實施例3
[0039]步驟一、取0.25g氧化石墨，加入到75ml蒸餾水中，在180W超聲功率的超聲清洗儀中超聲lh，用低速離心機分離，過濾掉下層的沉淀取上層溶液；
[0040]步驟二、取50ml步驟一中的溶液，用稀氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為2，再加入1.8107g六水合氯化鋁，在60 0C下反應(yīng)8h ；
[0041]步驟三、待步驟二中反應(yīng)完畢冷卻至室溫，磁力攪拌0.5h，將混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟水熱釜中，在180 °C下保持12h，待反應(yīng)釜降至室溫，將圓柱狀產(chǎn)物取出，用醇洗、水洗各二到三次，將產(chǎn)物在冷凍干燥機中干燥12h，即得到氧化石墨烯-氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料。
[0042]實施例4
[0043]步驟一、取0.3g氧化石墨，加入到10ml蒸餾水中，在180W超聲功率的超聲清洗儀中超聲lh，用低速離心機分離，過濾掉下層的沉淀取上層溶液；
[0044]步驟二、取50ml步驟一中的溶液，用稀氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為6，再加入1.2072g六水合氯化鋁，在70°C下反應(yīng)7h;
[0045]步驟三、待步驟二中反應(yīng)完畢冷卻至室溫，磁力攪拌0.5h，將混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟水熱釜中，在180 °C下保持12h，待反應(yīng)釜降至室溫，將圓柱狀產(chǎn)物取出，用醇洗、水洗各二到三次，將產(chǎn)物在冷凍干燥機中干燥12h，即得到氧化石墨烯-氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料。
[0046]實施例5
[0047]步驟一、取0.25g氧化石墨，加入到80ml蒸餾水中，在180W超聲功率的超聲清洗儀中超聲lh，用低速離心機分離，過濾掉下層的沉淀取上層溶液；
[0048]步驟二、取50ml步驟一中的溶液，用稀氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為5，再加入1.2072g六水合氯化鋁，在90 0C下反應(yīng)3h ；
[0049]步驟三、待步驟二中反應(yīng)完畢冷卻至室溫，磁力攪拌0.5h，將混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟水熱釜中，在180 °C下保持12h，待反應(yīng)釜降至室溫，將圓柱狀產(chǎn)物取出，用醇洗、水洗各二到三次，將產(chǎn)物在冷凍干燥機中干燥12h，即得到氧化石墨烯-氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料。
[0050]圖1是實施例制備的干燥后的復(fù)合氣凝膠的掃描電鏡圖，由圖可以看出氧化石墨烯片相互堆積形成三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，三維簇狀氧化鋁均勻分散在氧化石墨烯片上，說明了此種制備方法可有效制備良好分散性的氧化鋁。
[0051]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一、取氧化石墨烯，加入到分散溶劑中，在超聲清洗儀中超聲lh，用低速離心機分離，過濾掉下層的沉淀取上層溶液； 步驟二、取步驟一得到的溶液，用稀氨水和稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH，再加入六水合氯化招，進行反應(yīng)； 步驟三、待步驟二中反應(yīng)完畢冷卻至室溫，磁力攪拌0.5h，然后將混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟水熱釜中，在180 °C下保持12h，待反應(yīng)釜降至室溫，將圓柱狀產(chǎn)物取出，用醇洗、水洗各二到三次，將產(chǎn)物在冷凍干燥機中干燥12h，即得到氧化石墨烯-氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:步驟一中，所述氧化石墨稀由改性Hummer法制備，具體步驟為:按照質(zhì)量比為2:1取天然鱗片石墨和硝酸鈉添加到濃硫酸中，在冰浴條件下攪拌2h，該階段為預(yù)氧化階段;預(yù)氧化完畢后，緩慢加入高錳酸鉀，其中，高錳酸鉀與天然鱗片石墨的質(zhì)量比為3:1，并在冰浴條件下繼續(xù)反應(yīng)2h，該階段為低溫反應(yīng)階段;撤去冰浴，將上述反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至35°C水浴中，繼續(xù)反應(yīng)lh，該階段為中溫反應(yīng)階段；向上述反應(yīng)體系中緩慢加入去離子水，隨后升溫至98°C，并在該溫度下反應(yīng)30min，該階段為高溫反應(yīng)階段;高溫反應(yīng)階段結(jié)束后，加入去離子水以及雙氧水，并攪拌I h，反應(yīng)結(jié)束;氧化石墨制備完畢后，通過離心洗滌的方式除去其中的雜質(zhì)離子;洗滌完畢后，將所得到的氧化石墨漿料在60 0C條件下進行鼓風干燥，備用。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:步驟一中，氧化石墨稀與分散溶劑的質(zhì)量體積比為0.3:100?0.2:50g/mLo4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:步驟一中，分散溶劑為蒸餾水。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:步驟一中，超聲清洗儀的超聲功率為180 W。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:步驟一中，低速離心機的轉(zhuǎn)速是1000-8000rpm/min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:步驟二中，步驟一所得溶液與六水合氯化鋁的體積質(zhì)量比為50:1.2?50:2.4。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:步驟二中，溶液的PH調(diào)節(jié)至1-12。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:步驟二中，反應(yīng)溫度為50-100 °C。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯-氧化鋁復(fù)合氣凝膠的制備方法，其特征在于:步驟二中，反應(yīng)時間為0.5h-lOh。
【文檔編號】B01J13/00GK105964193SQ201610260244
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】任麗麗, 賀赫
【申請人】東南大學