本發明專利技術涉及一種三維多孔結構的纖維素基復合材料，包括以下質量百分比的組分：0.01～99.99％的氧化石墨烯和0.01～99.99％的纖維素，所述氧化石墨烯中的含氧基團與纖維素中的羥基形成氫鍵，所述纖維素為分子量小于或等于4×105的天然或再生纖維素。本發明專利技術還涉及一種三維多孔結構的纖維素基復合材料的制備方法。本發明專利技術的三維多孔結構的纖維素基復合材料兼具氧化石墨烯和纖維素兩者的優點，并且結構性能可調，應用廣泛；其制備方法也具有原料價廉豐富、工藝簡單、易于工業化的優勢。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及一種三維多孔結構的纖維素基復合材料，包括以下質量百分比的組分：0.01～99.99％的氧化石墨烯和0.01～99.99％的纖維素，所述氧化石墨烯中的含氧基團與纖維素中的羥基形成氫鍵，所述纖維素為分子量小于或等于4×105的天然或再生纖維素。本專利技術還涉及一種三維多孔結構的纖維素基復合材料的制備方法。本專利技術的三維多孔結構的纖維素基復合材料兼具氧化石墨烯和纖維素兩者的優點，并且結構性能可調，應用廣泛；其制備方法也具有原料價廉豐富、工藝簡單、易于工業化的優勢。【專利說明】
本專利技術涉及化學材料領域，特別涉及。
技術介紹
三維孔材料在吸附、儲能、電極或負載催化材料等領域具有廣泛應用前景，其中，增大孔材料的比表面積和對三維孔結構進行調控制備是當前該領域的研究熱點，而成本低廉，工藝簡單環保、可規模化制備更是可持續工業化發展的追求方向。 石墨烯是一種以SP2-C單原子層規整排列成六角型蜂巢晶格的平面薄膜，只有單個碳原子厚度的二維納米材料。石墨烯具有許多獨特性能(高模量、良導熱、電子遷移能力強、比表面積大等)，是近些年來材料、物理、化學領域的研究熱點。但石墨烯易于聚集而難以分散，因此，石墨烯在剝離和構建復合材料時，優選經化學氧化處理的官能化氧化石墨烯(GO)為原材料，因為在GO面上和側邊上引入了較多含氧基團(如羥基、環氧基、羰基、羧基等)，大大提高了 GO的水溶性，及其與其它材料的復合性能。將具有良好性能的石墨烯與綠色廉價天然分子間進行復合制備出高性能材料是綠色發展之所需。纖維素是地球上最豐富的天然高分子，在膜、纖維、智能、生物醫用等眾多先進功能材料領域顯示美好應用前景。 現有技術中，專利申請號為201010597607.4的中國專利申請公開一種具有多孔結構的石墨烯及其制備方法，采用催化劑，涉及水熱、煅燒處理等；申請號為201110063663.4的中國專利申請公開一種細菌纖維素/石墨烯復合材料及其制備方法，涉及超聲分散、浸泡、攪拌處理等；申請號為20111035476.9的中國專利申請公開一種氧化石墨烯/纖維素復合材料及其制備方法和應用；申請號為201410121267的中國專利申請公開一種具有微納結構的超疏水纖維素材料的制備方法，是將事先功能化的二氧化硅粒子在二甲基甲酰胺中超聲分散，并在助劑作用下攪拌成均勻分散液直接噴涂或旋涂在天然纖維素材料上，得到具有微納米級粗糙結構的超疏水纖維素材料。這些方法共同用到的超聲分散方法使得規模化應用受到限制，同時存在步驟多、產量少、條件相對苛刻等缺點，并且也未涉及結構、性能的可調控性。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是:提供一種結構性能可調、可充分利用石墨烯比表面積的三維多孔結構的纖維素基復合材料，進一步提供所述三維多孔結構的纖維素基復合材料的制備方法。 為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為: 一種三維多孔結構的纖維素基復合材料，包括以下質量百分比的組分:0.01?99.99%的氧化石墨烯和0.01?99.99%的纖維素，所述氧化石墨烯中的含氧基團與纖維素中的羥基形成氫鍵，所述纖維素為分子量小于或等于4X 15的天然或再生纖維素。 本專利技術的三維多孔結構的纖維素基復合材料的有益效果在于: 以分子量小于或等于4X 15的天然或再生纖維素為基體，將氧化石墨烯與纖維素進行復合，氧化石墨烯均勻分散不團聚，氧化石墨烯的質量百分比含量可達99.99%，從而可以充分利用石墨烯比表面積；所述氧化石墨烯中的含氧基團與纖維素中的羥基形成氫鍵，從而兩者可實現良好復合。 本專利技術還提供一種上述三維多孔結構的纖維素基復合材料的制備方法，包括以下步驟: (I)將質量分數為2?10%的纖維素溶液與質量分數為0.5?10%的氧化石墨烯溶液混合，進行剪切分散，所述剪切分散的時間為2?8h，得到氧化石墨烯與纖維素的復合體系； (2)于所述氧化石墨烯與纖維素的復合體系中加入絮凝劑，獲得絮凝物； (3)將步驟(2)獲得的絮凝物用去離子水浸泡洗滌兩次以上，得到氧化石墨烯/纖維素水凝膠； (4)將所述氧化石墨烯/纖維素水凝膠置于液氮中凍結0.5_6h，然后于-45?_55°C下冷凍干燥45-50h，獲得三維多孔結構的纖維素基復合材料。 本專利技術的有益效果在于: (I)本專利技術以易于分散的氧化石墨烯濃縮分散液和纖維素溶液為復合原料，采用剪切分散復合手段，在分子水平上將氧化石墨烯呈單層均勻分散于羥基基團豐富的天然高分子纖維素基體中。氧化石墨烯片上的含氧基團與纖維素分子的羥基間產生氫鍵作用，兩者良好復合，再經在纖維素絮凝劑中共絮凝、凍結干燥，最終得到良好三維多孔結構的纖維素基復合材料； (2)本專利技術制備出的三維多孔結構的纖維素基復合材料兼具纖維素和氧化石墨烯的性質，如韌性、成膜性、大的比表面積、高表面反應活性等，而且，本材料中的氧化石墨烯的質量百分比含量可達99.99%，均勻分散不聚集，孔結構可通過絮凝劑的不同和凍結時間的不同進行調控，其性能還可通過后續對氧化石墨烯不同程度的還原，或對含氧基團進一步的修飾改性、或摻雜手段等后處理方式，達到擴展升級的目的，由該三維多孔結構的纖維素基復合材料制備所得的粉材、膜材、片材等在電極、儲能、導電、吸附及負載催化材料等領域有很大應用。 (3)本專利技術所制備的三維多孔結構的纖維素基復合材料兼具氧化石墨烯和纖維素兩者的優點，并且結構性能可調，應用廣泛；其制備方法也具有原料價廉豐富、工藝簡單、易于工業化的優勢。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1為本專利技術實施例1所制備的三維多孔結構的纖維素基復合材料的掃描電鏡圖； 圖2為本專利技術實施例2所制備的三維多孔結構的纖維素基復合材料的以G峰強度映射的拉曼映射圖； 圖3是本專利技術實施例3所制備的三維多孔結構的纖維素基復合材料的掃描電鏡圖； 圖4是本專利技術實施例4所制備的三維多孔結構的纖維素基復合材料的掃描電鏡圖； 圖5是本專利技術實施例5所制備的三維多孔結構的纖維素基復合材料的外觀圖； 圖6是本專利技術實施例6所制備的三維多孔結構的纖維素基復合材料的外觀圖。 【具體實施方式】 為詳細說明本專利技術的
技術實現思路
、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖予以說明。 本專利技術最關鍵的構思在于:以易于分散的氧化石墨烯濃縮分散液和纖維素溶液為復合原料，采用剪切分散復合手段，在分子水平上將氧化石墨烯呈單層均勻分散于羥基基團豐富的天然高分子纖維素基體中，制得兼具氧化石墨烯和纖維素兩者的優點并且結構性能可調的三維多孔結構的纖維素基復合材料。 本專利技術的技術構思為:利用剪切分散方法將氧化石墨烯(GO)與纖維素分子高效復合，借助GO分子中含氧基團能與纖維素分子上的豐富羥基產生氫鍵作用，使GO在高速分散剪切力下徹底剝離并均勻分散于纖維素基體中，GO的存在使纖維素絮凝時由于GO與纖維素兩者間的氫鍵牽制作用而將GO保留其中，致使在凍結干燥時GO片協助構建材料的三維孔結構，而且通過選擇不同絮凝劑可調節孔結構，通過不同后處理可擴展提升性能，從而大大拓寬了纖維素基材在吸附、儲能、電極、負載催化材料等領域的應用性。 本專利技術的一種三維多孔結構的纖維素基復合材料，包括以下質量百分比的組分:0.01?本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種三維多孔結構的纖維素基復合材料，其特征在于，包括以下質量百分比的組分：0.01～99.99％的氧化石墨烯和0.01～99.99％的纖維素，所述氧化石墨烯中的含氧基團與纖維素中的羥基形成氫鍵，所述纖維素為分子量小于或等于4×105的天然或再生纖維素。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：歐陽文竹，聶鵬，
申請(專利權)人：亳州師范高等專科學校，
類型：發明
國別省市：安徽;34
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