[发明专利]一种二氧化硅和氧化石墨烯增强海藻酸铜气溶胶催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硅和氧化石墨烯增强海藻酸铜气溶胶催化剂的制备方法，引入无机增强体二氧化硅和氧化石墨烯增加金属海藻酸铜气溶胶的机械性能。包括：在蒸馏水中加入氧化石墨烯，超声至分散均匀，再加入海藻酸钠和引入二氧化硅，加水机械搅拌至均匀粘稠状，将所得粘稠状液体滴入模具，浸入在金属铜溶液中恒温反应。之后进行冷冻干燥，即得成品。本发明制备的海藻酸铜气溶胶催化剂的机械性能大幅提高。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅和氧化石墨烯增强海藻酸铜气溶胶催化剂的制备方法。

背景技术

海藻酸盐广泛应用于食品、医药、纺织、印染、造纸、日用化工等产品，作为增稠剂、乳化剂、稳定剂、粘合剂、上浆剂等。

海藻酸盐是从褐藻中提取的高分子化合物，是由β-D-甘露糖醛酸（M 单元）与α-L-古罗糖醛酸（G单元）依靠 1,4-糖苷键连接，并由不同 GGG、MMM片段组成的线性多聚糖。它是唯一一种可在室温下溶于水而形成水溶胶的多糖，其线型长分子链近似于纯聚糖醛酸的分子链。

天然多糖海藻酸盐对于金属的良好吸附性能为其成为金属催化剂载体提供了条件。同时，金属海藻酸盐气溶胶具有较高的比表面积，可以有效的克服水溶胶和干凝胶无孔和比表面积低的不足，增加催化反应活性。然而，海藻酸盐气溶胶催化剂的机械性能，尤其是抗压强度比较低，这大大限制了其在工业催化领域及运输储存方面的应用。

石墨烯是目前自然界最薄、最强韧的材料，断裂强度比钢材的还要高200倍，它具有非常好的导热性、电导性、透光性和超大比表面积等特性，同时具有较好的弹性。其独特的结构及性能可显著提高复合材料的机械性能与热稳定性。氧化石墨烯是石墨烯的一种重要衍生物，其表面有大量的羟基、环氧基及羧基，在水溶液和极性溶剂中有良好的分散性，可与亲水性聚合物形成纳米复合水凝胶材料。氧化石墨烯的亲水性基团增强了氧化石墨烯与基体材料间的界面相互作用， 具有良好的相容性，能显著改善材料的力学性能。近年来，石墨烯被广泛应用于功能材料的增强材料，科研人员发现，少量添加石墨烯就可以有效增加功能材料的机械强度。

二氧化硅作为复合相应用最广的是二氧化硅的纳米粒子。纳米二氧化硅呈絮状或网状结构，具有纳米粒子特有的小尺寸效应与表面效应。二氧化硅以纳米尺寸均匀分布在有机物网状结构中，由于其较高的表面能与表面结合能，极易与基体材料在分子水平上结合，起到明显的增强效果，对于水凝胶还能起到增韧作用。为了进一步提高气溶胶的颗粒强度，采用无机增强体和氧化石墨烯对天然多糖海藻酸铜交联结构进行增强。增强后的海藻酸铜气溶胶催化剂具有良好的机械强度。

发明内容

1.本发明的目的是，从分子设计的角度出发，采用无机增强体和氧化石墨烯对天然多糖海藻酸铜交联结构进行增强，得到高强度海藻酸铜水溶胶，再通过冷冻干燥手段，制备具有不同含量无机增强体的多孔金属海藻酸铜气溶胶。克服海藻酸铜气溶胶催化剂的机械性能低的缺点。

二氧化硅增韧海藻酸铜气溶胶的制备步骤如下：

第一步，把50-400 mg氧化石墨烯溶于30 ml蒸馏水中，经超声处理10 min，使石墨烯充分分散在水中，得到溶液A。

第二步，将1.0-4.0 g海藻酸钠，2-25 mL正硅酸乙酯，1-15mL乙醇，10滴0.15mol/L的盐酸，5ml丙三醇，以正硅酸乙酯与乙醇体积比为2:1加入到溶液A中，进行机械搅拌，直到混合物充分溶解，得到混合物B。

第三步，将混合物B的搅拌温度升到80℃，继续搅拌1h，让乙醇挥发出去。

第四步，分别配制浓度为0.1-0.4 mol/L的CuCl₂溶液，备用。

第五步，将溶解好的混合物B滴入准备好的96孔培养板模具中，再将其浸入到配制好的盐溶液中，在恒温水浴锅中反应20 h。