[发明专利]木质素功能化改性石墨烯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种木质素功能化改性石墨烯及其制备方法，属于功能性石墨烯材料制备技术领域。本发明先将木质素与氧化石墨烯混合均匀，使木质素充分吸附在氧化石墨烯表面，再向其中添加磺化聚苯胺，搅拌均匀后在一定温度下反应一定时间，得到所述木质素功能化改性石墨烯。本发明所得石墨烯的分散稳定性好，可用作环保型石墨烯重防腐涂料，且其制备方法简便易行，为功能性石墨烯材料的制备提供了新方法。

技术领域

本发明属于功能性石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种木质素功能化改性石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子以六方蜂窝状堆叠而形成的二维碳纳米材料，其因优异的力学性能、电学性能及化学稳定性质而为人们所广泛关注，并在防腐蚀涂料领域大量应用。石墨烯具有特殊的片层状结构，可以像鳞片状云母粉、铝粉、玻璃薄片等作为填料应用于防腐涂料中，起到物理屏障作用，阻碍氧气和腐蚀介质的渗透，使防腐涂层的渗透性能降低，提高涂层的耐蚀性。石墨烯在金属防腐蚀功能涂料领域中的应用已经初步取得了一些成果。然而，由于石墨烯中π-π键相互作用而导致的自发凝聚性使其在底漆中容易产生团聚，从而影响了石墨烯在底漆中的分散稳定性。

目前解决石墨烯在底漆中的分散稳定性的方法主要有两种，一种是添加分散剂，利用其分散作用，使石墨烯均匀稳定地分散在底漆中；另一种是将石墨烯进行改性，如表面功能化修饰、表面官能团化、化学掺杂等，以克服石墨烯片的过度堆叠现象，并且获得性能更优越的石墨烯材料，而增加石墨烯在底漆中的分散稳定性。其中，石墨烯的非共价功能化表面修饰尤为引人注意，因为这种方法可以有效保持石墨烯的电子结构。目前已经用于石墨烯非共价功能化修饰的物质有磺化聚醚醚酮（Kuila T, Mishra A K, Khanra P, Kim NH, Uddin Md E, Lee J H. Facile method for the preparation of waterdispersible graphene using sulfonated poly(ether–ether–ketone) and itsapplication as energy storage materials. Langmuir, 2012, 28: 9825.）、4-氨基偶氮苯-4’-磺酸钠（Yu D S, Kuila T, Kim N H, Khanra P, Lee J H. Effects ofcovalent surface modifications on the electrical and electrochemicalproperties of graphene using sodium 4-aminoazobenzene-4′-sulfonate. Carbon,2013, 54: 310）、磺化聚苯乙烯（Du F P, Wang J J, Tang, C Y Tsui C P, Zhou X P,Xie X L, Liao Y G. Water-soluble graphene grafted by poly(sodium 4-styrenesulfonate) for enhancement of electric capacitance. Nanotechnology,2012, 23: 475704.）、十二烷基苯磺酸钠（Zhang K, Mao L, Zhang L L, Chan H S O,Zhao X S, Wu J. Surfactant-intercalated, chemically reduced graphene oxidefor high performance supercapacitor electrodes. J. Mater. Chem., 2011, 21:7302.）、6-氨基-4羟基-2-萘磺酸（Jana M, Khanra P, Murmu N C, Samanta P, Lee J H,T Kuila.Covalent surface modification of chemically derived graphene and itsapplication as supercapacitor electrode material. Phys. Chem. Chem. Phys.,2014,16: 7618.）、苯胺低聚物羧酸酯（Gu L, Liu S, Zhao H, Yu H. Facilepreparation of water-dispersible graphene sheets stabilized by carboxylatedoligoanilines and their anticorrosion coatings. ACS Appl. Mater. Interfaces2015, 7, 17641.）等。研究结果表明，这些功能分子中的基团，如氨基和磺酸基团，可以吸附在石墨烯表面，进而通过π-π相互作用减弱石墨烯片层间的范德华力，从而可以有效防止石墨烯的团聚。