[發明專利]用于制備氧化石墨的硝酸鹽基方法

有效

• 申請號: 201080005511.2
• 申請日: 2010-01-19
• 公開（公告）號: CN102292285A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 陳樹濤;邁克爾·S·帕克特;瑪麗·安·勒格斯
• 申請（專利權）人: 陶氏環球技術有限責任公司
• 主分類號: C01B31/00
• 分類號: C01B31/00;C01B31/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 陳平

本發明涉及用于制備氧化石墨的硝酸鹽基方法。本發明的硝酸鹽基方法使用包含硫酸、無機硝酸鹽、一定量的水、第一量的氯酸鹽和石墨的原料。

背景技術

氧化石墨是一類插入的層狀材料，其通過使用氧化劑例如氯酸鹽或高錳酸鹽氧化石墨而制備。氧化石墨尤其是可以在包括石墨烯在內的層離石墨的制備中用作中間體。如本文中后面所示例的，一種制備層離石墨的方法是將氧化石墨快速加熱至高溫。

層離石墨，也稱為膨脹石墨，通常是布魯厄-埃米特-特勒(BET)表面積大于石墨的BET表面積，但是小于單個石墨烯片的BET理論表面積(即，小于2630平方米/克(m²/g))的層離或部分層離的石墨。常規的層離石墨的BET表面積典型地在約15m²/g至約150m²/g之間，這取決于平均粒度。層離石墨可用于各種用途，包括例如用于形成復合材料如聚合物復合材料，并且層離石墨的BET表面積越高，它在這樣的復合材料中就越有用。

很久以來就已知的氯酸鹽基石墨氧化反應方法的一個缺點是在反應混合物中的硝酸。部分硝酸在反應中蒸發。蒸發的硝酸然后在氣體出口管線中冷凝。該方法也產生有毒的二氧化氯(ClO₂)氣體，其被認為是與石墨至氧化石墨的有效氧化相關。但是，在反應過程中，ClO₂氣體的濃度常常從反應容器頂部空間積累，并且在氣體出口管線中的硝酸冷凝物預先抑制ClO₂氣體從頂部空間充分排放，從而在反應容器的頂部空間中導致二氧化氯的濃度更快速地增加至爆炸濃度(即，10％以上，例如50％)。此外，蒸發的硝酸腐蝕反應設備例如反應容器的池或窗口，所述反應容器的池或窗口允許通過光譜手段(例如，紫外(UV)光譜)監測反應混合物中的反應的進展或在反應容器的頂部空間中的ClO₂氣體的濃度。為了最小化這樣的危害以及使用硝酸的缺點，反應混合物的溫度通常被保持在約0攝氏度(℃)至5℃，但是在加入氯酸鹽之后，當反應混合物被溫熱或允許被溫熱至更高的溫度(通常為環境溫度，即，約25℃)時，該溫度降低氯酸鹽的溶解性和反應性，并且還可能增加反應容器中二氧化氯的濃度。在本領域中需要消除硝酸的使用而不降低由此制備的氧化石墨的質量的石墨氧化方法。

發明簡述

在第一實施方案中，本發明提供用于制備氧化石墨的硝酸鹽基方法。所述硝酸鹽基方法包括以下步驟：(a)在反應容器內混合包含以下原料的反應混合物：硫酸、無機硝酸鹽、一定量的水、第一量的氯酸鹽和石墨；和(b)使所述反應混合物反應以形成氧化石墨；和(c)從所述反應混合物中分離所述氧化石墨以得到分離的氧化石墨。

發明詳述

如本文中使用的，″一個″、″一種″、″所述″、″至少一種″和″一種或多種″可以交換使用。在本文所述的任何實施方案中，開放式(非排除式)術語“包括”、“包含”等(其是“包括”、“具有”和“其特征是”的同義詞)可以被各個半封閉式(部分排除式)短語“基本上由.....組成”，“基本上由....構成”等代替，或可以被各個封閉式(排除式)短語“由.....組成”，“由....構成”等代替。除非另外聲明，否則在成員的列舉中使用的術語“或”是指單獨以及以任何組合形式列舉的成員。

對于允許通過引用結合主題內容的美國專利實踐和其它專利實踐，除非另外指出，在本發明的發明詳述中引用的每一個美國專利、美國專利申請、美國專利申請公布、專利合作條約(PCT)國際專利申請及其WO公布等價物的全部內容通過引用結合在此。當可獲得的時候，可以通過引用結合其同族美國專利或美國專利申請公布代替PCT國際專利申請或WO公布等價物。在本說明書中的撰寫內容和通過引用結合的專利、專利申請或專利申請公布或其部分的內容之間存在抵觸的情況下，以本說明書的內容為準。

在本申請中，標題(例如，“定義”)是為了方便而使用的，并且不意味著且不應當用于以任何方式限制本公開的范圍。

在未用括號敘述的單位值例如2英寸和在括號內敘述的相應單位值例如(5厘米)之間存在抵觸的情況下，以未用括號敘述的單位值為準。

在本申請中，范圍的任何下限或該范圍的任何優選下限可以與該范圍的任何上限或該范圍的任何優選上限結合，以限定該范圍的優選實施方案。每一個數值范圍包括在該范圍內涵蓋的所有數值，即有理數和無理數(例如，約1至約5的范圍包括例如，1，1.5，2，2.75，3，3.80，4和5)。

定義