[发明专利]一种纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的制备方法及其应用。该包括方法以下步骤：(1)将氢氧化钠和尿素溶于水中，得到氢氧化钠/尿素水溶液作为溶剂；(2)将溶剂预冷至‑8～‑15℃，然后加入绝干漂白亚麻浆，搅拌混合均匀，得到纤维素溶液；(3)将氧化石墨烯加入到纤维素溶液中，冰水浴中搅拌分散均匀，然后加热至40～60℃使其凝胶化，再冷冻干燥，得到纤维素/氧化石墨烯凝胶；(4)将纤维素/氧化石墨烯凝胶在真空条件下进行高温碳化，再用盐酸刻蚀、水洗、抽滤，最后真空干燥，得到纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶。本发明制得的碳气凝胶具有良好的亲水性及化学修饰性，能广泛应用于重金属离子吸附及电极材料领域。

技术领域

本发明属于功能材料领域，特别涉及一种纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的制备方法及其应用。

背景技术

随着经济和社会的日趋发展，人们的物质生活变得丰富多彩。然而，迅速的发展背后却带来了严重的环境污染，其中水体污染极为严重。严重的水污染不仅妨碍了社会各行业的正常运行，而且危害人类身体健康，甚至引发致命性的灾难。有毒化学物质如铬、汞、镉、铅重金属和苯酚、苯胺卤代烃等进入水体后，会直接或间地通过食物链进入人体，引发各种疾病。常见工业废水的处理方法有物理法、化学法、生物法和物理化学法等。物理法虽简单，但只限于工业废水的初步分离；化学法操作复杂，处理费用高；生物法只是用于辅助废水处理的尾端处理，直接生物法不能达到预期的效果；而化学物理法中的吸附法具有规模小、操作简单、成本低等优点，在废水处理中得到了广泛的应用。

碳气凝胶作为一种新型的纳米多孔非晶碳素材料，大的比表面积及高的孔隙率决定了它可以作为水体吸附的优良吸附剂。但是传统生物质活性炭制备过程中需要加入大量活化剂对生物质前驱体进行活化处理，处理工艺繁琐。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的制备方法。

本发明的又一目的在于提供所述纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氢氧化钠和尿素溶于水中，得到氢氧化钠/尿素水溶液作为溶剂；

(2)将步骤(1)中得到的溶剂预冷至-8～-15℃，然后加入相对于溶剂质量1～5％的绝干漂白亚麻浆，搅拌混合均匀，得到纤维素溶液；

(3)将氧化石墨烯加入到步骤(2)中得到的纤维素溶液中，冰水浴中搅拌分散均匀，然后加热至40～60℃、使其凝胶化获得纤维素/氧化石墨烯水凝胶，再冷冻干燥，得到纤维素/氧化石墨烯凝胶；

(4)将步骤(3)中得到的纤维素/氧化石墨烯凝胶在真空条件下进行高温碳化，再用盐酸刻蚀、水洗、抽滤，最后真空干燥，得到纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶；其中，高温碳化的条件为：先在180～220℃条件下低温预碳化1～3h，然后以2～10℃/min的升温速率升温至600～900℃碳化1～4h。

步骤(1)中所述的氢氧化钠/尿素水溶液中氢氧化钠的质量分数为6％～10％，尿素的质量分数为10％～15％。

步骤(2)中所述的预冷优选为在低温冷却循环泵中进行预冷。

步骤(2)中所述的搅拌为采用高速分散均质机进行搅拌；搅拌的条件优选为：2000～10000r/min搅拌4～8min。

步骤(3)中所述的氧化石墨烯与纤维素溶液中纤维素的绝干质量比为30～60:1～10。

步骤(3)中所述的冰水浴的温度为1～5℃。