一種高效吸油碳?xì)饽z材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油氣田用功能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效吸油碳?xì)饽z材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展，人們對(duì)石油及石油產(chǎn)品的需求急劇增加。在石油的開采、煉化、運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及使用的各個(gè)環(huán)節(jié)中都有不同程度的泄漏事故。原油泄漏不僅污染海洋、淡水體系，破壞生態(tài)環(huán)境，而且通過生物鏈最終威脅人類健康。傳統(tǒng)的處理方法吸附效率低、易產(chǎn)生二次污染、循環(huán)利用性低且處理成本高，已經(jīng)不能滿足對(duì)于一些緊急漏油事故的快速有效處理。用吸油材料進(jìn)行處理是當(dāng)前應(yīng)對(duì)原油泄漏事故最有效的方法之一。因此，積極研究、開發(fā)具有高效吸附性能的吸油材料成為解決當(dāng)前原油泄漏后處理問題的關(guān)鍵。
[0003]石墨烯-碳納米管氣凝膠復(fù)合材料具有超輕的密度、超高的比表面積、良好的彈性和超強(qiáng)的吸附能力，并且在吸附油類等有機(jī)物后可以快速地通過擠壓和燃燒等方法進(jìn)行去除，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生二次污染，因此近年來受到了廣泛的關(guān)注和研究。目前三維石墨烯-碳納米管復(fù)合材料制備中存在的主要問題是碳納米管分散不均勻，合成工藝繁瑣，價(jià)格昂貴，所用試劑毒性較大等缺點(diǎn)。如Gao等采用sol-cryo法制備的石墨烯-碳納米管氣凝膠，雖然得到的材料密度較輕，吸附量很大，但是所采用的還原劑如水合肼、氫碘酸等毒性極強(qiáng)，制備方法和環(huán)境成本高；另外900°C的熱還原條件以及制備過程中碳納米管的濃硝酸酸化處理等，使得該制備方法能耗極高，且工藝過程復(fù)雜，可控性及重現(xiàn)性不好(Adv.Mater.2013, 25, 2554-2560) 0此外，氣相沉積法(CVD)也被用于制備石墨稀-碳納米管氣凝膠(李振軍.一種石墨稀和碳納米管三維結(jié)構(gòu)材料的制備方法:中國，201410286459.2.2014-09-10)，但此類方法的設(shè)備要求較高，工藝參數(shù)控制嚴(yán)格，不適合大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品產(chǎn)量有限，價(jià)格昂貴。因此，通過解決石墨烯和碳納米管的均勻分散以及采用較為環(huán)保的還原劑，開發(fā)低成本、低能耗的綠色碳?xì)饽z復(fù)合材料對(duì)推動(dòng)此類材料在油氣事故處理領(lǐng)域的應(yīng)用有著重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高效吸油碳?xì)饽z材料的制備方法，旨在解決目前三維石墨烯-碳納米管復(fù)合材料制備中存在的碳納米管分散不均勻，合成工藝繁瑣，價(jià)格昂貴，所用試劑毒性較大的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種高效吸油碳?xì)饽z材料的制備方法，該高效吸油碳?xì)饽z材料的制備方法包括:
[0006]首先I重量份的碳納米管和0.01重量份的表面活性劑分散于4 ■ 10重量份的乙醇中、超聲形成均勻的碳納米管分散液；
[0007]其次碳納米管分散液緩慢加入到處于攪拌的氧化石墨烯分散液中，形成氧化石墨烯-碳納米管分散液；石墨烯分散液為原料和未經(jīng)處羧化處理的碳納米管為原料，原料來源廣泛；不僅有效地分散了未經(jīng)酸化處理的碳納米管而且還保持了碳納米管的韌性，使得最后的復(fù)合材料有較好的彈性；
[0008]再次將氧化石墨烯-碳納米管分散液采用化學(xué)水熱還原法還原，得到石墨烯-碳納米管水凝膠；且采用水熱還原，制備工藝簡單；還原劑量小、毒性低、污染?。凰玫教?xì)饽z材料機(jī)械強(qiáng)度好、密度低、吸油量大。
[0009]進(jìn)一步，所述碳納米管為未經(jīng)處理過的單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管中的一種或幾種。
[0010]進(jìn)一步，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸鈉或十六烷基三甲基氯化銨等具有親水基團(tuán)的物質(zhì)。
[0011]進(jìn)一步，所述化學(xué)水熱反應(yīng)的反應(yīng)容器為密閉容器，溫度為80°C _ 180°C，還原時(shí)間為6小時(shí)_ 24小時(shí)，根據(jù)所需氣凝膠的密度進(jìn)行調(diào)整；還原劑為:乙二胺、氨水、抗壞血酸等低毒或無毒的還原性物質(zhì)。
[0012]進(jìn)一步，所述氧化石墨烯分散液是將I重量份的氧化石墨烯分散于4 - 10重量份的水中形成。
[0013]進(jìn)一步，得到石墨烯-碳納米管水凝膠之后需要:
[0014]將石墨烯-碳納米管水凝膠用水洗滌、置換，以去除水凝膠中的殘留溶劑；然后，冷凍干燥去除水凝膠中的液體得到多孔的石墨烯-碳納米管氣凝膠復(fù)合材料；
[0015]繼續(xù)對(duì)得到的石墨烯-碳納米管氣凝膠材料進(jìn)行退火處理，進(jìn)一步去除表面活性劑和氧化石墨稀表面的官能團(tuán)；最后一步的退火，不僅可以去除材料內(nèi)部未完全去除的表面活性劑，還能有效去除氧化石墨烯表面殘余的官能團(tuán)；
[0016]進(jìn)一步，所述冷凍干燥預(yù)冷溫度低于零下70攝氏度，以便得到更加均勻細(xì)小的冰晶，最后得到較為均勻的孔狀結(jié)構(gòu)；冷凍干燥時(shí)間根據(jù)水凝膠的體積進(jìn)行調(diào)整，保證其中的冰晶完全升華。
[0017]進(jìn)一步，所述石墨烯-碳納米管氣凝膠復(fù)合材料退火溫度為200°C - 400°C，時(shí)間也可根據(jù)氣凝膠體積適當(dāng)調(diào)整，保證其中的殘留的溶劑以及大部分官能團(tuán)可以去除。
[0018]本發(fā)明首先將碳納米管分散在含有乙醇和表面活性劑的分散液中，然后與高分散性的氧化石墨烯進(jìn)行自組裝，工藝簡單，得到的三維石墨烯-碳納米管復(fù)合材料有效地結(jié)合了石墨烯和碳納米管的優(yōu)點(diǎn)，有較低的密度、良好的吸附性和機(jī)械強(qiáng)度，密度在6 - 12mg/cm3不等；對(duì)正己烷、甲苯以及真空栗油等有機(jī)物吸附倍數(shù)根據(jù)其密度不同，在100 - 300之間不等；經(jīng)過多次擠壓實(shí)驗(yàn)之后仍然可以恢復(fù)到原來的形狀；的并且密度在油氣田領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的高效吸油碳?xì)饽z材料的制備方法流程圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的高效吸油碳?xì)饽z材料的SEM電鏡圖一；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的高效吸油碳?xì)饽z材料的SEM電鏡圖二；
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的高效吸油碳?xì)饽z材料的SEM電鏡圖三；
[0023]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的高效吸油碳?xì)饽z材料的SEM電鏡圖四；
[0024]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的高效吸油碳?xì)饽z材料的TEM電鏡圖；
[0025]圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的高效吸油炭碳凝膠材料的機(jī)械壓縮示意圖；
[0026]圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的高效吸油碳?xì)饽z材料用于正己烷吸附一燃燒循環(huán)實(shí)驗(yàn)和吸附一擠壓循環(huán)實(shí)驗(yàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(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。
[0028]本發(fā)明首先將碳納米管分散在含有乙醇和表面活性劑的分散液中，然后與高分散性的氧化石墨烯進(jìn)行自組裝，工藝簡單，得到的三維石墨烯-碳納米管復(fù)合材料有效地結(jié)合了石墨烯和碳納米管的優(yōu)點(diǎn)，有良好的吸附性和機(jī)械強(qiáng)度，在油氣田領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0029]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的包括以下步驟:
[0031]SlOl:將I重量份的氧化石墨烯分散于4 ■ 10重量份的水中形成氧化石墨烯分散液；
[0032]S102:將I重量份的碳納米管和0.01重量份的表面活性劑分散于4—10重量份的乙醇中形成碳納米管分散液；
[0033]S103:將碳納米管分散液緩慢加入到處于攪拌的氧化石墨烯分散液中，形成氧化石墨烯-碳納米管分散液；
[0034]S104:將氧化石墨烯-碳納米管分散液采用化學(xué)水熱還原法還原，得到石墨烯-碳納米管水凝膠；
[0035]S105:將石墨烯-碳納米管水凝膠用水洗滌、置換以及冷凍干燥得到多孔的石墨烯-碳納米管復(fù)合氣凝膠材料；
[0036]S106:繼續(xù)對(duì)得到的氣凝膠材料進(jìn)行退火處理，進(jìn)一步去除表面活性劑和氧化石墨稀表面的官能團(tuán)；<