大尺寸石墨烯海綿的制備及性能研究.pdf

1、石墨烯憑借其優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)及電學(xué)性能使其具有十分廣闊的應(yīng)用前景，而石墨烯宏觀體的研究則極大地促進(jìn)了石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用；納米多孔材料作為新型的多孔材料具有高孔隙率、高比表面積、獨(dú)特的力學(xué)、光學(xué)和電學(xué)等性能，這些性能將使納米多孔材料在材料科學(xué)研究和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用；因此將微觀的石墨烯組裝成具有三維網(wǎng)絡(luò)狀多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯宏觀體，使其在微觀上具有納米材料的本質(zhì)特征同時(shí)在宏觀上又表現(xiàn)出多孔材料的固有性能，將具有十分重要的意義。本

2、論文利用石墨烯的自組裝技術(shù)可控地制備出了一種具有三維網(wǎng)絡(luò)狀多孔結(jié)構(gòu)的大尺寸石墨烯宏觀體，即石墨烯海綿。論文首先制備了氧化石墨烯作為制備石墨烯海綿的原料，進(jìn)而研究了大尺寸石墨烯海綿的可控的制備方法并對(duì)其基本性能特別是對(duì)有機(jī)溶劑的吸附性能及其對(duì)有機(jī)染料分子的過(guò)濾性能進(jìn)行了研究和分析，旨在為石墨烯海綿的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　分別以氧化石墨烯為原料，以水合肼為還原劑，利用定向凝固冷凍干燥技術(shù)可控地制備出了大尺寸的石墨烯海綿，制備態(tài)石墨烯

3、海綿的最大尺寸高達(dá)400×600×15mm3。石墨烯海綿在微觀上是由許多相互纏結(jié)在一起的石墨烯層片組成的，在宏觀上具有傳統(tǒng)多孔材料很難具備的性能特點(diǎn)如輕質(zhì)（2.4±0.2mg/cm3）、多孔（孔隙率﹥99％）、疏水、導(dǎo)電、隔熱和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等。通過(guò)改變氧化石墨烯溶液的濃度和冷凍干燥過(guò)程中的工藝參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯海綿的表觀密度、孔隙率和微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控。
　　研究了石墨烯海綿對(duì)有機(jī)溶劑的吸附性能。與傳統(tǒng)的吸油材料相比，石墨烯海綿具有

4、疏水親油性好、吸附速度快、飽和吸附量大、對(duì)可吸附有機(jī)溶劑的選擇范圍較大、可重復(fù)利用等特點(diǎn)。石墨烯海綿對(duì)有機(jī)溶劑的飽和吸附量隨有機(jī)溶劑密度的增大而增大，對(duì)密度為0.788～1.595g/cm3的有機(jī)溶劑的飽和吸附量可以達(dá)到226～567g/g。吸附之后可以通過(guò)燃燒脫附的方法脫除吸附的有機(jī)溶劑并且石墨烯海綿本身的結(jié)構(gòu)不會(huì)受到破壞，從而可以對(duì)石墨烯海綿進(jìn)行重復(fù)利用。燃燒脫附循環(huán)使用5次之后石墨烯海綿對(duì)汽油的飽和吸附量仍大于80g/g,脫附效率