[发明专利]纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明揭示了一种纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶及其制备方法与应用。所述纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶的制备方法包括：使纤维素和溶剂混合均匀，形成纤维素溶液；还原氧化石墨烯通过二甲基亚砜超声分散后，加入所述纤维素溶液中，并搅拌混合；将搅拌混合后的溶液倒入模具，并在水中成胶后，冷冻干燥，获得纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶。通过本发明方法制备的纤维素复合气凝胶，在具有亚甲基蓝(MB)的染料溶液中可实现对MB的良好吸附，而且其具有良好的循环吸附性能，是环保生物质材料，可用作废水染料的绿色吸附剂。

技术领域

本发明属于化学与生物质材料技术领域，具体涉及一种纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

纤维素是一种最常见而且年产量巨大的生物质原材料，由植物经光合作用产生，兼具降解和可再生的优点。然而在实际应用纤维素的过程中，纤维素作为一种天然聚合物具有结晶性，其链间广泛存在的氢键，使其难溶于一般的有机溶剂中。离子液体作为一种熔融盐，具有无挥发性、可回收性、稳定性等优点、以及与一般的有机溶剂无相互作用被认为是一种离子液体良溶剂，可以被用于材料加工中。

纤维素由于多羟基结构和聚合度高的分子链，使其作为凝胶材料具有天然的优势。纤维素气凝胶由于其具有独特的3D网状结构，使其具有良好的柔韧性，和亲水性，可以被用于处理来自纺织业、印刷、造纸等行业的染料废水的吸附剂。染料废水中存在的污染物危害人体健康，因此，去除水中污染物对水资源的保护有着重要的作用。吸附法相较于其他水处理技术如絮凝法、氧化法、生物法等，具有低成本，高效的优点。吸附法中吸附效的吸附效率决定着废水处理能力。

然而单一组分的纤维素气凝胶存在着吸附能力较差的问题，从而严重阻碍了其作为吸附剂的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶及其制备方法与应用，以克服现有技术中存在的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶的制备方法，包括：

使纤维素和溶剂混合均匀，形成纤维素溶液；

还原氧化石墨烯通过二甲基亚砜超声分散后，加入所述纤维素溶液中，并搅拌混合；

将搅拌混合后的溶液倒入模具，并在水中成胶后，冷冻干燥，获得纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶。

进一步地，所述纤维素与溶剂的质量比为1∶100-10∶100。

进一步地，所述还原氧化石墨烯与二甲基亚砜的质量比为0.5∶100-3∶100。

本发明实施例还提供了由前述方法制备形成的纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶，所述纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶具有松散的3D薄壁多孔，其孔径为20nm-120nm，孔隙率为80％-99.8％，且所述纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶的厚度为2mm-18mm。

进一步地，所述的纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶，包括还原氧化石墨烯小片和纤维素层，所述还原氧化石墨烯小片位于所述纤维素层上，且所述还原氧化石墨烯小片紧贴纤维素层表面，并沿纤维素层表面均匀分布。

本发明实施例还提供了前述的纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶于染料吸附中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明纤维素/还原氧化石墨烯多孔气凝胶的制备方法，二甲基亚砜中超声分散还原氧化石墨烯后加入纤维素溶液后，还原氧化石墨烯可以很好的与纤维素结合，还原氧化石墨烯不发生团聚现象，并且二甲基亚砜的加入对于溶剂的溶解度不造成影响，利于加工材料成型；此外，本发明操作方便，可以在敞开环境中进行。