/石墨烯复合气凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明是涉及一种PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶及其制备方法，属于吸油材料研 究领域。
【背景技术】
[0002] 近几年，国内发生的数十起油类污染事件成为了全国人民关注的焦点，由于生态 环境受到了油类污染的严重破坏，同时也给人们的生活生产带来诸多不便，如何应对突发 的恶性油类污染事件已被提到了国家高度。几十年来，吸油材料研究发展迅速，用途越发广 泛。传统的吸油材料，如海绵、粘土等多孔物质被广泛应用，虽然这些材料本身具有良好的 吸油效果，但是由于材料本身的结构性质使得传统吸油材料具有吸油量不大、油水分离率 不高的缺点。一些人工合成的高分子材料甚至会产生二次污染，难以重复使用。因此开发 性能优良的环境友好型吸油材料已成当今热点和重点。
[0003] 气凝胶因其低密度、高孔隙率、大比表面积而在块体材料中备受关注。Qing Zhu 等（J. Phys. Chem. C2011，115, 17464 - 17470)以原始聚氨酯海绵为原材料，经蚀刻、敏化、 活化和电沉积，制备出一种新型的超疏水海绵，但是其吸油效率仅仅达到自重的13倍，达 不到目前超高吸油量的要求，而且电沉积过程耗能也较高。此外，在块状海绵数量很多的 情况下，机械回收费时费力，不能做到一次性彻底回收。Gao Wei等（ACS Appl.Mater. InterfaCes2013, 5, 7584-7591)以Ni2+为胶凝化过程催化剂，制备了 Ni2+掺杂的石墨烯/碳 碳气凝胶，但其没有一定的柔韧性，只能通过溶剂（正己烷）浸泡法回收利用，且正己烷具 有一定的毒性。此外，破碎后的碳气凝胶吸附后难以再次回收使用。Han Hu等（ACS Appl. Mater. Interfaces2014, 6, 3242-3249.)进一步将石墨烯气凝胶与高分子材料聚合，制备了 可吸油的聚合物/石墨烯复合气凝胶，但超疏水改性剂一聚二甲基硅氧烷价格相对昂贵， 且对人体有一定的危害。此外，当用于水体表面油污处理时，制备的聚合物/石墨烯复合气 凝胶与油污接触面积较小，削弱了吸油的效率。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是提供一种PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶材料及其制备方法。
[0005] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
[0006] -种PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶，所述气凝胶是将氧化石墨（G0)超声分散形成 分散液，之后加入乙二胺和Fe 304超声分散均匀，并密封，然后水浴加热，冷冻干燥后得非抗 压Fe30 4/石墨烯复合气凝胶，真空条件下，再经微波辐射得到抗压Fe304/石墨烯复合气凝 胶，最后经PS疏水化改性得到PS/Fe 304/石墨烯复合气凝胶。
[0007] 所述G0分散液、乙二胺和Fe304通过一锅法反应。
[0008] 按质量比计算，Fe304 :乙二胺：G0 为 1:10:15-1:2:3。
[0009] 水浴加热温度90-98°C，水浴时间6-8h。
[0010] PS疏水化改性是指将PS溶解于丙酮溶液中，再滴加到抗压Fe304/石墨烯复合气 凝胶中，真空干燥而得到PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶。
[0011] 本发明提供的PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶及其制备方法具有如下优点：
[0012] (1)本发明的多功能吸油材料PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶可以多功能高效地吸 油。对大面积溢油，吸附效率高，并可以通过简单的机械或者磁力方式回收重复利用。
[0013] ⑵所述G0分散液、乙二胺和Fe304通过一锅法反应，以Fe 304纳米粒子作为磁响应 材料，得到Fe304/石墨烯复合水凝胶，再经冷冻干燥一微波辐射一超疏水化，得到PS/Fe 304/ 石墨烯复合气凝胶。制备工艺简单高效，且较为经济环保。PS/Fe30 4/石墨烯复合气凝胶经 剪碎抛洒于油污水面后，吸附效果更好，磁力回收方便。并经过机械挤压后，可以循环多次 使用。
[0014] ⑵本发明使用的疏水改性剂一聚苯乙烯（PS)，价格低廉，无毒无害。且吸油材料 经过PS简单改性后，可以吸油憎水，进一步提高了吸油材料的吸附能力。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶制备方法流程图。
[0016] 图2为抗压缩Fe304/石墨烯复合气凝胶的拉曼图。
[0017] 图3是制备的PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶微波辐射前的SEM图。
[0018] 图4是制备的PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶微波辐射后的SEM图。
[0019] 图5是制备的PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶微波辐射前的TEM图。
[0020] 图6是制备的PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶微波辐射后的TEM图。
【具体实施方式】
[0021] -种PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶的制备方法包括有以下步骤：
[0022] (1)按氧化石墨（G0):去离子水为3g: 1L的比例，将G0加入到去离子水中，控制温 度20-40°C进行超声3-5h得到均匀分散液。将G0溶液转移至玻璃瓶中，按质量比计算，即 Fe304 :乙二胺:G0为1:10:15-1:2:3的比例，将Fe304和乙二胺加入所得的G0分散液中，控 制温度20-40°C进行超声l_2min，并密封，然后在90-98°C下水浴加热6-8h，得到Fe 304/石 墨烯复合水凝胶。
[0023] (2)将步骤（1)中水浴后的产物在-75-(-50) °C冷冻干燥5-7d，得到非抗压复合 气凝胶。非抗压缩复合气凝胶经微波辐射2-4mim，得到抗压缩Fe30 4/石烯复合气凝胶。
[0024] (3)按质量比计算，即丙酮溶液：聚苯乙烯微球（PS)为10:1-15:1，，控制温度 20-40°C进行超声l_2h。然后按体积比计算，即PS丙酮溶滴：步骤（1)G0水溶液为4:1加 到步骤（2)制备的抗压缩Fe 304/石烯复合气凝胶中，并在30-40°C下，真空干燥l_2h，最终 得到PS/Fe 304/石墨烯复合气凝胶。
[0025] (4)将已称重的PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶浸没在装有柴油的烧杯中，5s后拿出 称重。将吸油后的复合气凝胶经过玻璃片挤压后，继续称重。同（4)循环5次
[0026] (5)将PS/Fe304/石墨烯复合气凝胶剪碎，并称取适量。然后抛洒至滴有油滴的水 溶液中，2min后，经磁力回收，并称重。将磁力收集到的复合气凝胶放置于注射器中，充分挤 压。
[0027] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
[0028] 实施例1
[0029] Fe304/石墨烯复合气凝胶的制备方法（具体过程如图1所示）：
[0030] 将15mg氧化石墨（G0)加入5mL去离子水中，控制温度20_40°C进行超声4h得到 均匀分散液。将G0溶液转移至玻璃瓶中，然后将3mgFe 304纳米粒子与10mg乙二胺，加入到 步骤G0分散液中，控制温度20-4(TC进行超声2min，并密封，然后在98°C下水浴加热6h， 得到Fe 304/石墨烯复合水凝胶。将得到的Fe304/石墨烯复合水凝胶在-75-(-50) °C冷冻干 燥5d，得到非抗压缩复合气凝胶。非抗压缩复合气凝胶经微波辐射，得到抗压缩Fe304/石 烯复合气凝胶。
[0031] 上述实