親水性石墨烯薄膜的制備方法
【專利摘要】本發明公開了親水性石墨烯薄膜的制備方法，它包括以下步驟：將氧化石墨烯粉末加入去離子水中，超聲分散，得氧化石墨烯懸浮液；將鐵粉末、鹽酸溶液加入氧化石墨烯懸浮液中，室溫攪拌后靜置；向混合液中加入鹽酸溶液直至鐵粉末完全去除，過濾分離，并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，烘箱中干燥后取出產物；向產物中加入磺化劑，用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，再加入還原劑，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；向親水性石墨烯粉末中加入石墨粉和聚四氟乙烯，混均，通過壓片法按壓石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極。本發明通過減小石墨烯的接觸角來增加石墨烯薄膜的親水性，提高其在電容去離子方面的能力。
【專利說明】親水性石墨烯薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石墨烯薄膜的制備方法，具體涉及一種親水性石墨烯薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]電容式去離子是一種新興的海水淡化技術，主要是利用多孔電極材料在直流電場作用下產生的電吸附作用去除溶液中的帶電離子，具有效率高、無污染和能耗低等特點。根據其基本工作原理，理想電容吸附電極要具備高比表面積、良好的導電性、大小合適的孔隙結構以及優良的潤濕性(Oren Y.Capacitive deionization (CDI) for desalinationand water treatment—past, present and future (a review)[J].Desalination,2008，228(1): 10-29.)。目前大多數⑶I是基于碳材料包括碳氣凝膠電極、激活碳、有序介孔碳、碳納米管以及石墨烯等。
[0003]石墨烯，是一種由碳原子以Sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，具有高達2630 m2 / g的理論面積、7200 S / m的室溫電導率和較大的機械強度(Novoselov KS， Geim A K, Morozov S V, et al.Electric field effect in atomically thin carbonfilms [J].science, 2004, 306(5696): 666-669.), Yang 等人經實驗發現單層石墨烯的水接觸角為92.5 °，這一性質嚴重限制其親水性及其在電容式去離子的性能。Koratkar等人通過研究發現采用控制石墨烯片表面的粗糙度和表面化學能可以調整石墨烯的接觸角從而增加其親水性(Raf iee J, Rafiee MA, Yu Z Z, et al.Superhydrophobic tosuperhydrophiIic wetting control in graphene films[J].Advanced materials,2010，22(19): 2151-2154.)。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于:提供一種親水性石墨烯薄膜的制備方法，通過減小石墨烯的接觸角來增加石墨烯薄膜的親水性，提高其在電容去離子方面的能力。
[0005]本發明的技術解決方案是它包括以下步驟:
(1)將氧化石墨烯粉末依質量比1:100^1000加入去離子水中，超聲分散0.5~2h，得分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；
(2)將0.1-5δ鐵粉末、5~100 mL質量分數5%~50%鹽酸溶液加入步驟I的氧化石墨烯懸浮液中，室溫機械攪拌60 min后靜置Ih ；
(3)向步驟2的混合液中繼續加入質量分數5%~50%鹽酸溶液直至其中的鐵粉末完全去除，過濾分離，并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于溫度433Κ烘箱中干燥6 h后取出；
(4)向步驟3的產物中依質量比1:廣10加入磺化劑，并將其放置在冰浴中2 h后取出，用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，再依質量比1:廣10加入還原劑后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；所述的磺化劑為苯磺酸重氮鹽或苯乙烯磺酸鈉，還原劑為硼氫化鈉或水合肼； (5)向親水性石墨烯粉末中加入石墨粉和聚四氟乙烯，混均，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；其中，向親水性石墨烯粉末的質量分數為60%，石墨粉的質量分數為30%，聚四氟乙烯的質量分數為10%。
[0006]本發明的優點是:通過控制引入酸性硫酸基團體減小石墨烯薄膜的接觸角，增大石墨烯潤濕性和比表面積，改善石墨烯的親水性，電容式去離子能力強且無二次污染；通過引入磺酸基團，磺化后的石墨烯薄膜的水接觸角由原先的79.3°下降到39.5°，比表面積也比未經磺化過的薄膜增大了 55% ;將石墨烯薄膜應用到超級電容器上，電容式去離子的效率達到了 83.4%,電容吸附量增加到8.6 mg/g,而未經磺酸化的電容式去離子效率為40%，電容吸附量為4.1 mg/g ;這些參數的對比說明了磺酸化后的石墨烯薄膜在電容式去離子上的能力提升了 109%，通過這種方法得到的石墨烯薄膜在薄膜超級電容器去離子領域有較好的發展潛能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1磺酸化的石墨烯接觸角和未經磺酸化的接觸角的對比圖。
[0008]圖2親水性石墨烯薄膜電極和未經磺酸化的石墨烯薄膜電極對溶液中Na+的電吸附的對比圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術解決方案，這些實施例不能理解為是對技術方案的限制。
[0010]實施例1:將20g氧化石墨烯粉末加入到2000 mL去離子水中，超聲分散0.5h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；取0.1 g鐵粉末、5mL質量分數15%的鹽酸溶液加入盛有氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數為15%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6 h，取出產物均分為兩份備用；一份產物中加入Ig磺化劑苯磺酸重氮鹽并將其放置在冰浴中2 h，取出用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入3g還原劑硼氫化鈉后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入3g硼氫化鈉直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；將6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；將6g未磺化的石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0011]實施例2:將20g氧化石墨烯粉末加入到IOOOOmL去離子水中，超聲分散lh，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；0.6g鐵粉末、20ml質量分數25%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數25%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6 h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入3g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入Ig還原劑水合肼后置于373K條件下持續攪拌24 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入Ig還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0012]實施例3:將20g氧化石墨烯粉末加入到6000mL去離子水中，超聲分散2h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；1.5g鐵粉末、IOml質量分數20%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數20%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6 h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入IOg磺化劑苯磺酸重氮鹽并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入5g還原劑硼氫化鈉后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入5g還原劑硼氫化鈉直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0013]實施例4:將2(^氧化石墨烯粉末加入到400011^去離子水中，超聲分散1.5 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；5g鐵粉末、IOOmL質量分數50%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數50%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入5g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入IOg還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入IOg還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0014]實施例5:將20g氧化石墨烯粉末加入到20000mL去離子水中，超聲分散1.5 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；3.8g鐵粉末、25ml質量分數5%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數5%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6 h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入3g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入Sg還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入Sg還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；將6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的將6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0015]實施例6:將20g氧化石墨烯粉末加入到8000mL去離子水中，超聲分散2 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；4 g鐵粉末、60mL質量分數30%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數30%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入5g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入Sg還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入6g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0016]實施例7:將20g氧化石墨烯粉末加入到12000mL去離子水中，超聲分散1.5 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；4.8g鐵粉末、75mL質量分數40%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數40%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入Ig磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入9g還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入9g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0017]實施例8:將20g氧化石墨烯粉末加入到14000mL去離子水中，超聲分散lh，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；0.5g鐵粉末、15mL質量分數35%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數35%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入6g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入3g還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入3g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0018]實施例9:將20g氧化石墨烯粉末加入到9000mL去離子水中，超聲分散0.5 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；0.3g鐵粉末、30mL質量分數10%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數10%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入2g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入4g還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入4g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0019]實施例10:將20g氧化石墨烯粉末加入到IlOOOmL去離子水中，超聲分散I h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；2.5 g鐵粉末、70mL質量分數35%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數35%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入4g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入9g還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入9g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0020]實施例11:將20g氧化石墨烯粉末加入到8000mL去離子水中，超聲分散1.5 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；2.6 g鐵粉末、60mL質量分數30%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數30%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入5g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入Sg還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入6g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0021]實施例12:將20g氧化石墨烯粉末加入到16000mL去離子水中，超聲分散0.5 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；0.6 g鐵粉末、80mL質量分數45%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數45%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入7g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入Sg還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入Sg還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0022]實施例13:將20g氧化石墨烯粉末加入到18000mL去離子水中，超聲分散I h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；3 g鐵粉末、15mL質量分數40%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數40%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入2g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入4g還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入4g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0023]實施例14:將20g氧化石墨烯粉末加入到6000mL去離子水中，超聲分散0.5 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；1.6 g鐵粉末、35mL質量分數15%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數15%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入6g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入6g還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入6g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯,通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0024]實施例15:將20g氧化石墨烯粉末加入到20000mL去離子水中，超聲分散1.5 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；2.5 g鐵粉末、75mL質量分數25%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數25%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入2g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入4g還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入4g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0025]實施例16:將20g氧化石墨烯粉末加入到3000mL去離子水中，超聲分散2 h，得到分散均勻的氧化石墨烯懸浮液；3.5 g鐵粉末、90mL質量分數45%的鹽酸溶液加入盛有分散好的氧化石墨烯懸浮液的燒杯中，室溫條件下機械攪拌60 min后靜置Ih ;繼續添加質量分數45%的鹽酸溶液直至燒杯中的鐵粉末完全去除，過濾分離并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于433K的烘箱中干燥6h，取出產物后均分為兩份備用；一份產物中加入9g磺化劑苯乙烯磺酸鈉并將其放置在冰浴中2 h，取出后用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，加入4g還原劑水合肼后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；另一份產物中加入4g還原劑水合肼直接還原后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到未磺化的石墨烯粉末；6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；未磺化的6g親水性石墨烯粉末中加入3g石墨粉和Ig聚四氟乙烯，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到未經磺化的石墨烯薄膜電極。
[0026]實施例1-16所得的親水性石墨烯薄膜電極和未經磺化的石墨烯薄膜電極如圖1、2所示，圖1磺酸化的石墨烯接觸角和未經磺酸化的接觸角的對比圖，圖2親水性石墨烯薄膜電極和未經磺酸化的石墨烯薄膜電極對溶液中Na+的電吸附的對比圖。
【權利要求】
1.親水性石墨烯薄膜的制備方法，其特征是:它包括以下步驟: (1)將氧化石墨烯粉末依質量比1:100^1000加入去離子水中，超聲分散0.5~2h，得分散均勻的氧化石墨烯懸浮液； (2)將0.1-5δ鐵粉末、5~100 mL質量分數5%~50%鹽酸溶液加入步驟I的氧化石墨烯懸浮液中，室溫機械攪拌60 min后靜置Ih ； (3)向步驟2的混合液中繼續加入質量分數5%~50%鹽酸溶液直至其中的鐵粉末完全去除，過濾分離，并用去離子水和乙醇溶液清洗數次，置于溫度433Κ烘箱中干燥6 h后取出； (4)向步驟3的產物中依質量比1:廣10加入磺化劑，并將其放置在冰浴中2 h后取出，用去離子水清洗干凈，真空過濾收集后重新超聲分散于水中，再依質量比1:廣10加入還原劑后置于473K條件下持續攪拌12 h，過濾洗滌，真空干燥得到親水性石墨烯粉末；所述的磺化劑為苯磺酸重氮鹽或苯乙烯磺酸鈉，還原劑為硼氫化鈉或水合肼； (5)向親水性石墨烯粉末中加入石墨粉和聚四氟乙烯，混均，通過壓片法按壓到石墨烯紙上，得到親水性石墨烯薄膜電極；其中，向親水性石墨烯粉末的質量分數為60%，石墨粉的質量分數為30%，聚四氟乙烯的質量分數為10%。
【文檔編號】H01G11/24GK103871753SQ201410065935
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】賈寶平, 王秋澤, 吳昊, 丁建寧 申請人:江蘇昊華精細化工有限公司, 常州大學