本發(fā)明涉及石墨烯材料領(lǐng)域，尤其涉及一種兩親性氣凝膠及制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯氣凝膠是以石墨烯或石墨烯類材料通過一定方式，以獲得石墨烯水凝膠為前提，經(jīng)干燥進(jìn)一步把凝膠內(nèi)部水替代成空氣，從而獲得石墨烯氣凝膠。石墨烯氣凝膠自浙江大學(xué)高超課題組制備出超輕石墨烯氣凝膠后，掀起一股科學(xué)研究熱潮，許多科學(xué)家制備出石墨烯氣凝膠或復(fù)合材料的石墨烯基氣凝膠，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。由于石墨烯具有超疏水的特性，因此以石墨烯制備的氣凝膠也具有超疏水特性。但現(xiàn)有的技術(shù)所制備的石墨烯氣凝膠并不具有超吸水的特性，這限制了石墨烯氣凝膠的應(yīng)用。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種兩親性氣凝膠及制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯氣凝膠不具備親水性的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種兩親性氣凝膠的制備方法，其中，包括步驟：

a、對(duì)氧化石墨進(jìn)行超聲處理，形成均勻的氧化石墨烯分散液；

b、在氧化石墨烯分散液中加入磷酸化合物，并攪拌；

c、將攪拌后的混合液進(jìn)行加熱反應(yīng)，獲得功能化水凝膠；

d、對(duì)功能化水凝膠進(jìn)行溶劑置換，再進(jìn)行干燥獲得兩親性氣凝膠。

所述的兩親性氣凝膠的制備方法，其中，所述磷酸化合物為乙二胺四亞甲基磷酸、亞甲基二磷酸、氨基三亞甲基磷酸或六亞甲基二胺四亞甲基膦酸中的一種或多種。

所述的兩親性氣凝膠的制備方法，其中，所述步驟b中，還加入還原劑。

所述的兩親性氣凝膠的制備方法，其中，所述還原劑為抗壞血酸、亞硫酸氫鈉或水合肼。

所述的兩親性氣凝膠的制備方法，其中，所述步驟c中，反應(yīng)溫度為150~210℃，反應(yīng)時(shí)間為8~24h。

所述的兩親性氣凝膠的制備方法，其中，所述步驟c中，反應(yīng)溫度為50~90℃，反應(yīng)時(shí)間為9~16h。

所述的兩親性氣凝膠的制備方法，其中，所述步驟a中，超聲處理的時(shí)間為5~60min。

所述的兩親性氣凝膠的制備方法，其中，所述步驟a中，先將氧化石墨溶于去離子水、乙醇、或兩者混合溶劑中，再進(jìn)行超聲處理，形成均勻的氧化石墨烯分散液。

所述的兩親性氣凝膠的制備方法，其中，所述步驟d中，采用冷凍干燥的方式得到兩親性氣凝膠。

一種兩親性氣凝膠，其中，采用如上任一項(xiàng)所述的方法制備而成。

有益效果：通過本發(fā)明的方法，所制備的兩親性氣凝膠具有超吸水的特性，使其作為催化劑載體在界面聚合、重金屬離子的吸附和乳液破乳、油水分離等方面有重要的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明兩親性氣凝膠的制備方法較佳實(shí)施例的流程圖。

圖2為本發(fā)明所制備的兩親性氣凝膠的吸水性能對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種兩親性氣凝膠及制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明一種兩親性氣凝膠的制備方法較佳實(shí)施例的流程圖，如圖所示，其中，包括步驟：

s1、對(duì)氧化石墨進(jìn)行超聲處理，形成均勻的氧化石墨烯分散液；

s2、在氧化石墨烯分散液中加入磷酸化合物，并攪拌；

s3、將攪拌后的混合液進(jìn)行加熱反應(yīng)，獲得功能化水凝膠；

s4、對(duì)功能化水凝膠進(jìn)行溶劑置換，再進(jìn)行干燥獲得兩親性氣凝膠。

本發(fā)明通過加入磷酸化合物，使其中的磷酸基團(tuán)（親水基團(tuán)）與氧化石墨烯交聯(lián)，使石墨烯氣凝膠（兩親性氣凝膠）具有超親水的特性。

進(jìn)一步，所述磷酸化合物為乙二胺四亞甲基磷酸（亦稱乙二胺四亞甲基膦酸，edtmpa）、亞甲基二磷酸、氨基三亞甲基磷酸或六亞甲基二胺四亞甲基膦酸中的一種或多種。上述化合物中均含有磷酸基團(tuán)，其具有良好的親水特性。優(yōu)選的，所述磷酸化合物為乙二胺四亞甲基磷酸，其可提供大量的親水磷酸基團(tuán)，其具有與氧化石墨烯帶有的-cooh交聯(lián)的能力。當(dāng)然，本發(fā)明還可以采用其他具有親水交聯(lián)基團(tuán)的化合物或高分子。

通過調(diào)整磷酸化合物的用量，可以對(duì)親水性進(jìn)行更好的調(diào)控。例如增加磷酸化合物用量，那么交聯(lián)的磷酸基團(tuán)多，則可以增加兩親性氣凝膠的親水性，減少磷酸化合物用量，那么交聯(lián)的磷酸基團(tuán)少，則可以減小兩親性氣凝膠的親水性。

進(jìn)一步，所述步驟s2中，還加入還原劑，即加入磷酸化合物和還原劑，然后進(jìn)行攪拌。采用還原劑制備的氣凝膠的可以更好的調(diào)控磷酸化合物的用量，對(duì)親水性進(jìn)行更好的調(diào)控。

優(yōu)選的，所述還原劑為抗壞血酸、亞硫酸氫鈉或水合肼。

可選的，所述步驟s3中，反應(yīng)溫度為150~210℃，反應(yīng)時(shí)間為3~24h。即在步驟s3中，采用高溫進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，另外，此次優(yōu)選在高壓條件下進(jìn)行反應(yīng)。高壓反應(yīng)得到的氣凝膠結(jié)構(gòu)密實(shí)，結(jié)構(gòu)不容易塌陷。

可選的，所述步驟s3中，反應(yīng)溫度為50~90℃，反應(yīng)時(shí)間為9~16h。即在步驟s3中，采用相對(duì)低溫進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，另外，此次優(yōu)選在常壓條件下進(jìn)行反應(yīng)。常壓反應(yīng)制備的氣凝膠，結(jié)構(gòu)疏松，密度小，比表面積大。

進(jìn)一步，所述步驟s1中，超聲處理的時(shí)間為5~60min。超聲處理可以使氧化石墨烯溶液分散更均勻，從而利于后續(xù)的交聯(lián)過程。

進(jìn)一步，所述氧化石墨烯分散液制備過程如下：稱取適量的氧化石墨于燒杯中，加入去離子水、乙醇、或兩者混合溶劑，超聲分散15分鐘（超聲功率為300w），形成均勻的氧化石墨烯溶液，也可稱為氧化石墨烯分散液。

進(jìn)一步，所述步驟s4中，采用冷凍干燥的方式得到兩親性氣凝膠。例如，在-50℃冷凍干燥48小時(shí)，獲得兩親性氣凝膠，使其作為催化劑載體在界面聚合、重金屬離子的吸附和乳液破乳、油水分離等方面有重要的應(yīng)用前景。溶劑置換的目的是，將水跟兩親性氣凝膠里面未反應(yīng)的物質(zhì)交換，保證體系材料沒有原料殘留。溶劑置換可進(jìn)行多次，以便徹底清除殘留原料。

實(shí)施例一：稱取45mg的氧化石墨于燒杯中，加入15ml去離子水，300w超聲分散15分鐘，形成均勻的氧化石墨烯分散液。在此體系下加入90mg乙二胺四亞甲基磷酸（提供大量的親水磷酸基團(tuán)），強(qiáng)力攪拌10分鐘，形成混合液。將其倒入高壓反應(yīng)釜中，并將高壓反應(yīng)釜放在電熱鼓風(fēng)干燥箱里，180℃條件下反應(yīng)12小時(shí)，獲得超親水的功能化水凝膠。

反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，小心倒入盛有去離子水的燒杯中置換溶劑，每隔3小時(shí)換水一次，置換48小時(shí)，直到瀝出的溶液ph值呈中性，瀝去表面多余水（后續(xù)實(shí)施例按相同方式置換），-50℃冷凍干燥兩天，獲得兩親性氣凝膠。

實(shí)施例二：稱取90mg的氧化石墨于燒杯中，加入15ml混合溶劑（去離子水：乙醇=1:1，體積比），300w超聲分散15分鐘，形成均勻的氧化石墨烯分散液。在此體系下加入270mg乙二胺四亞甲基磷酸，強(qiáng)力攪拌10分鐘，形成混合液。將其倒入高壓反應(yīng)釜中，并將高壓反應(yīng)釜放在電熱鼓風(fēng)干燥箱里，150℃條件下反應(yīng)8小時(shí)，獲得超親水的功能化水凝膠。

反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，小心倒入盛有去離子水的燒杯中置換溶劑，-50℃冷凍干燥48小時(shí)，獲得兩親性氣凝膠。

實(shí)施例三：稱取45mg的氧化石墨于燒杯中，加入15ml去離子水，300w超聲分散15分鐘，形成均勻的氧化石墨烯分散液。在此體系下加入180mg乙二胺四亞甲基磷酸，強(qiáng)力攪拌10分鐘，形成混合液。將其放于高壓反應(yīng)釜中，并將高壓反應(yīng)釜放在電熱鼓風(fēng)干燥箱里，200℃條件下反應(yīng)3小時(shí)，獲得超親水的功能化水凝膠。

反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，小心倒入盛有去離子水的燒杯中置換溶劑，-50℃冷凍干燥48小時(shí)，獲得兩親性氣凝膠。

實(shí)施例四：稱取45mg氧化石墨于燒杯中，加入15ml去離子水，300w超聲分散20分鐘，形成均勻的氧化石墨烯分散液。在此體系下加入90mg的乙二胺四亞甲基磷酸（磷酸基團(tuán)具有與氧化石墨烯帶有的-cooh交聯(lián)的能力），強(qiáng)力攪拌10分鐘，形成混合液。將其放于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，70℃常壓反應(yīng)12小時(shí)，獲得超親水的功能化水凝膠。

反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，小心倒入盛有去離子水的燒杯中置換溶劑，-50℃冷凍干燥48小時(shí)，獲得兩親性氣凝膠。

實(shí)施例五：稱取60mg氧化石墨于燒杯中，加入15ml去離子水，300w超聲分散30分鐘，形成均勻的氧化石墨烯分散液。在此體系下加入120mg乙二胺四亞甲基磷酸（磷酸基團(tuán)具有與氧化石墨烯帶有的-cooh交聯(lián)的能力），強(qiáng)力攪拌10分鐘，形成混合液。將其放于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，90℃常壓反應(yīng)15小時(shí)，獲得超親水的功能化水凝膠。

反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，小心倒入盛有去離子水的燒杯中置換溶劑，-50℃冷凍干燥48小時(shí)，獲得兩親性氣凝膠。

實(shí)施例六：稱取45mg氧化石墨烯于燒杯中，加入15ml去離子水，300w超聲分散15分鐘，形成均勻的氧化石墨烯分散液。在此體系下加入180mg的乙二胺四亞甲基磷酸（磷酸基團(tuán)具有與氧化石墨烯帶有的-cooh交聯(lián)的能力），強(qiáng)力攪拌10分鐘，形成混合液。將其放于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，70℃常壓反應(yīng)12小時(shí)，獲得超親水的功能化水凝膠。

反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，小心倒入盛有去離子水的燒杯中置換溶劑，-50℃冷凍干燥48小時(shí)，獲得兩親性氣凝膠。

實(shí)施例七：稱取45mg氧化石墨于燒杯中，加入15ml去離子水，300w超聲分散40分鐘，形成均勻的氧化石墨烯分散液。在此體系下加入90mg乙二胺四亞甲基磷酸，同時(shí)加入90mg還原劑抗壞血酸，強(qiáng)力攪拌10分鐘，形成混合液。將其放于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，70℃常壓反應(yīng)12小時(shí)，獲得超親水的功能化水凝膠。

反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，小心倒入盛有去離子水的燒杯中置換溶劑，-50℃冷凍干燥48小時(shí)，獲得超親水功能化氣凝。

實(shí)施例八：稱取45mg氧化石墨于燒杯中，加入15ml去離子水，300w超聲分散60分鐘，形成均勻的氧化石墨烯分散液。在此體系下加入90mg乙二胺四亞甲基磷酸，同時(shí)加入90mg還原劑亞硫酸氫鈉，強(qiáng)力攪拌10分鐘，形成混合液。將其放于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，90℃常壓反應(yīng)9小時(shí)，獲得超親水的功能化水凝膠。

反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，小心倒入盛有去離子水的燒杯中置換溶劑，-50℃冷凍干燥48小時(shí)，獲得兩親性氣凝膠。

實(shí)施例九：稱取45mg氧化石墨于燒杯中，加入15ml去離子水，300w超聲分散5分鐘，形成均勻的氧化石墨烯分散液。在此體系下加入180mg乙二胺四亞甲基磷酸，同時(shí)加入180mg水合肼，強(qiáng)力攪拌10分鐘，形成混合液。將其放于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，50℃常壓反應(yīng)16小時(shí)，獲得超親水的功能化水凝膠。

反應(yīng)結(jié)束后，降至室溫，小心倒入盛有去離子水的燒杯中置換溶劑，-50℃冷凍干燥48小時(shí)，獲得兩親性氣凝膠。

如圖2所示，對(duì)于不同的氧化石墨與edtmpa質(zhì)量比，所制得的兩親性氣凝膠的吸水能力不同，對(duì)于氧化石墨與edtmpa質(zhì)量比為1:5或1:7時(shí)，所制得的兩親性氣凝膠吸水能力最強(qiáng)。

本發(fā)明還提供一種兩親性氣凝膠較佳實(shí)施例，其采用如上任一項(xiàng)所述的方法制備而成。

綜上所述，通過本發(fā)明的方法，所制備的兩親性氣凝膠具有超吸水的特性，使其作為催化劑載體在界面聚合、重金屬離子的吸附和乳液破乳、油水分離等方面有重要的應(yīng)用前景。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。