[发明专利]一种三维多孔石墨烯泡沫材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种三维多孔石墨烯泡沫材料及其制备方法和应用，所述方法包括：将高分子工业产品在惰性气氛中进行热处理，然后再在惰性气氛中在900～2500℃下石墨化1～5小时，得到所述三维多孔石墨烯块体；所述有机高分子工业产品为超轻粘土或/和纸粘土。根据本发明所述方法得到的三维多孔石墨烯块体具有良好的疏水性，较高的孔体积，一定的机械强度，能够很好的应用于油污吸附领域。

技术领域

本发明涉及一种三维多孔石墨烯泡沫块体的简单廉价制备方法，具体涉及一种高温石墨化制备三维多孔石墨烯泡沫块体的方法。

背景技术

随着全球工业快速发展，油污废水的排放也日益增多，对水质和土壤造成了巨大的污染，严重影响到人类的健康与可持续发展。此外，伴随着化石原料大量开采过程中所造成的油污泄露事件也越来越多，对环境和生态造成无法挽回的破坏。因此，设计和开发新材料和新工艺以应对日益严重的油污污染问题具有十分重大的意义。石墨烯是一种高度sp2杂化的材料，具有优秀的物理化学性质，比如具有良好的导电性能，其载流子率在室温下可达到1.5×10⁴cm²/(V·S)，其拉伸模量和本征强度分别为1000GPa和130GPa；导热性极好,热导率达5000W/(m·K)。由于这些优异的物理化学性质，石墨烯材料在能源、环境、传感和计算机芯片等领域具有十分广泛的应用前景^[1],[2]。特别地，由于其较好的疏水性能和较高的比表面积，高质量的石墨烯材料在油污吸附方面表现出优异的性能^[3]。更重要的是，石墨烯材料具有较低的密度，因此与传统的吸附材料相比，石墨烯材料吸附油污所需要的质量更少。但是，石墨烯作为一种平面二维材料，片层之间十分容易堆叠，造成比表面积和孔体积大大减少，使得其直接用于油污吸附材料有许多困难。这就需要我们能从结构入手，构造适合的三维石墨烯材料。近来，有研究者用泡沫镍为衬底，制备得到三维石墨烯材料，但受泡沫镍衬底的制约，其孔径较大，达几百微米，难以被利用起来。此外，这种方法制备的三维石墨烯机械强度很差，也限制了其在油污吸附方面的应用。由此可见，要将石墨烯材料用于油污吸附领域，需要制备得到较大比表面积和孔体积，较高强度的三维石墨烯材料。

从三维石墨烯的构造入手，人们研究了多种方法，主要有还原氧化石墨烯(RGO)自组装、三维衬底上通过化学气相沉积(CVD)生长石墨烯等。RGO自组装方法可以制备得到较高孔体积的三维石墨烯材料，在油污吸附方面也表现出了较好的性能，然而这种方法制备的到的材料机械性能较差，难以适应油污吸附中存在的恶劣条件。另外，由于这种方法得到的石墨烯含有很高的含氧官能团，其疏水性和亲油性也受到制约。三维衬底上(比如SiO₂)通过CVD生长石墨烯能够制备得到高质量、高机械性能和高疏水性的三维石墨烯^[4]，但由于这种方法涉及到CVD过程和模板的刻蚀，因而成本很高，很难向实际应用当中推广。综上，低成本制备高质量三维石墨烯材料仍然面临较多问题，但这种材料的开发对于环境治理具有十分重大的意义；

参考文献：

[1]X.Cao,Z.Yin and H.Zhang,Energy&Environmental Science,2014,7,1850-1865.

[2]S.Nardecchia,D.Carriazo,M.L.Ferrer,M.C.Gutiérrez and F.del Monte,Chemical Society Reviews,2013,42,794-830.

[3]W.Wan,Y.Lin,A.Prakash and Y.Zhou,Journal of Materials Chemistry A,2016,4,18687-18705.

[4]H.Bi,I.W.Chen,T.Lin and F.Huang,Advanced materials,2015,27,5943-5949.。

发明内容