[发明专利]一种石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶及其快速制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯复合凝胶制备及其水处理领域，涉及一种一步清洁快速合成的石墨烯复合凝胶材料及其制备方法，以及将其用于水体染料吸附的应用方法。

背景技术

水凝胶，是一类柔性宏观尺寸体，被广泛应用于储能、催化、生物医药、环境等基础研究领域。（Chemical Society Reviews2013,42(2),794-830；Chemical Society Reviews2010,39(9),3528-3540）在涉及吸附过程的环境领域，其优势突出表现为：1）微观多孔结构赋予其优异传质效率，有利于污染物快速扩散至活性位点；2）宏观三维结构解决了纳米组分繁琐分离的问题；3）可根据应用目的将元件有机组装，从而可获得多功能复合材料。然而基于水凝胶在环境领域的难点与关键在于，开发快速便捷获得稳定水凝胶的制备方法，将高性能的目标吸附剂组装成三维宏观尺寸体。

目前，基于石墨烯为原料的炭水凝胶制备研究广泛。石墨烯是一种具有二维平面微观结构的共轭碳材料，比表面积大，是构筑凝胶的理想元件。（Small2013,9(8),1397–1404；Advanced Materials2014,26(4),615-619）但单一炭水凝胶存在活性位点有限，功能基团少等缺陷，引入功能组分（如富含官能团的有机高分子等）合成石墨烯复合物凝胶，可有效结合不同组分的优势甚至产生特殊的协同效应，极大提升应用性能，成为当前这一领域的研究热点。（Advanced Materials2014,26(4),615-619；Journal of Applied Polymer Science2014,131(3)；Chemical Communications2013,49(85),9974-9976；）

石墨烯聚合物成凝胶机制主要包括：氧化石墨还原后疏水作用、聚合物的交联（共价、静电或π-π作用）。因此石墨烯聚合物凝胶制备过程中，往往需要添加还原剂（NaBH₄、HI、Na₂S、对苯二酚、抗坏血酸等）（Nanoscale2011,3(8),3132-3137；Journal of Materials Chemistry2012,22(42),22459-22466）、交联剂（Ca²⁺、PAM）（Small2013,10(3),448–453）、聚合引发剂（(NH₄)₂S₂O₈）（2013,25(16),3357-3362）或聚合物的预合成步骤（Chemical Communications2013,49(85),9974-9976）等，且反应条件相对苛刻，如要求高温水热（t≥6h）等步骤，合成过程相对复杂且易造成二次污染（聚合物合成过程残留毒性单体）。因此，开发一类新型制备方法，以快速清洁合成石墨烯类复合凝胶具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种在温和、无添加氧化还原试剂条件下，一步快速合成石墨烯复合凝胶的方法，以及该方法制备得到的复合凝胶和它的应用方法。

本发明的目标是通过以下方法实现的。

一种石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，将金属离子与有机单体混合，形成金属-有机单体高活性配合物，然后原位还原并快速诱导氧化石墨烯制备凝胶。

所述的金属离子包括铜离子和铁离子；所述的有机单体包括：间苯二胺。

所述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法具体是先将金属盐溶液与间苯二胺溶液混合，溶液迅速转变成深棕色，形成金属-有机单体高活性配合物，再迅速将配合物加入氧化石墨烯溶液中混合，促氧化石墨烯-金属-聚间苯二胺凝胶化，经水热反应，即得到石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶。

上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，将配合物加入浓度为2-20mg/mL的氧化石墨烯溶液。

上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，将配合物加入氧化石墨烯溶液中混合，金属盐占总反应体系的质量百分比为5%-25%，间苯二胺占总反应体系的质量百分比为10%-40%。

上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，先将浓度为5-50mg/L金属盐溶液与浓度为5-30mg/L的间苯二胺溶液混合，形成金属-有机单体高活性配合物。

上述的石墨烯-金属-聚间苯二胺复合凝胶的制备方法，配合物快速加入氧化石墨烯溶液中，超声下混合0.5-5min。