[发明专利]一种石墨烯与UIO-66复合气凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯与UIO‑66复合气凝胶的制备方法及其应用，属于功能材料制备技术领域。制备方法为依次加入氧化石墨烯分散液、UIO‑66粉末，密封容器后进行震荡或搅拌，加热，促使氧化石墨烯自组装三维框架结构的形成以及UIO‑66粉末与氧化石墨烯片均匀复合，获得石墨烯多孔复合材料水凝胶，最后经干燥获得复合气凝胶。本方法制得的复合气凝胶具有自支撑的多孔结构，且制备方法条件温和、操作简单，能够有效阻止氧化石墨烯片以及晶体的团聚。该复合气凝胶具有较大的比表面积，可见光下对1atm，298K下亚甲基蓝染料具有良好的吸附性能。制备的气凝胶材料为三维结构，有较好的机械性能，便于回收，重复利用。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯与UIO-66复合气凝胶的制备方法及其应用。

背景技术

氧化石墨烯是石墨通过氧化还原法制备石墨烯的中间产物，它表面具有丰富的含氧基团(碳原子层平面上的羟基和环氧基、层边缘的羰基和羧基)。可以通过一定的方法将二维氧化石墨烯还原组装成为多孔、超轻的三维石墨烯气凝胶。多孔的网络结构赋予石墨烯较大的比表面积和孔隙率，可进一步用于负载各种功能体。金属有机骨架化合物(MOFs)是一种通过金属离子与多官能团有机配体配位而成的多孔晶体材料。它具有较大的孔隙率、比表面积和结构多样性，因此在气体吸附和分离领域得到广泛应用。其中UIO-66是MOFs材料中性能稳定且研究最多的一类物质。UIO-66具有微孔尺寸和大于1500m²/g的比表面积，由不同有机配体与金属离子Zr构筑而成，一般为正十二面体次级结构单元，具有化学稳定性好、形貌规整可调、热稳定性高、比表面积大等优点。这些性质都使UIO-66材料在气体储存与分离、以及染料吸附等方面具有潜在的应用价值。

考虑到UIO-66粉末材料在实际应用中可加工方面存在局限性，因此将其负载于多孔材料中进行应用是一种优选方法。通常石墨烯气凝胶具有三维网络搭建所形成的介孔结构，该介孔结构为染料分子进入孔材料内部提供通道，而且染料分子可以与具有微孔结构的UIO-66发生强相互作用。利用石墨烯气凝胶与UIO-66的协同作用构建的微孔/介孔多级孔结构，以及UIO-66的光催化性能，使得石墨烯与UIO-66复合气凝胶材料对染料分子具有高吸附性能与催化降解效果。目前，石墨烯与UIO-66复合材料的制备主要是通过原位法获得二维复合结构，对于负载UIO-66的石墨烯三维复合结构却未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种石墨烯与UIO-66复合气凝胶的制备方法，以解决现有技术中石墨烯与UIO-66复合材料的制备主要是通过原位法获得二维复合结构，突破现有的二维复合结构，以化学还原法获得的石墨烯水凝胶为模板，实现UIO-66在凝胶体系中的有序成核与生长。并通过干燥制得具有多层次孔状结构的复合气凝胶材料；本发明的另一目的是提供上述石墨烯与UIO-66复合气凝胶在吸附亚甲基染料中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种石墨烯与UIO-66复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)向反应釜中加入氧化石墨烯分散液，化学还原自组装制得石墨烯水凝胶，然后再加入UIO-66粉末，UIO-66粉末与氧化石墨烯的投料质量比为1:100-100:1；

2)密封容器，进行震荡或搅拌，在100-300℃下加热0.5-10h，促使氧化石墨烯自组装三维框架结构的形成以及UIO-66与氧化石墨烯片均匀复合，制得石墨烯与UIO-66复合水凝胶；

3)经干燥制得石墨烯与UIO-66复合气凝胶。

进一步的，步骤1)中，UIO-66粉末与氧化石墨烯的投料质量比为1:10-10:1。

进一步的，步骤2)中，加热的温度为180℃，加热的时间为6h。

进一步的，氧化石墨烯的横向尺寸为0.1-100μm。