[發明專利]氧化石墨烯的高效分離提純方法

有效

• 申請號: 201310046959.4
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103172056A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 胡學兵;于云;周健兒;宋力昕
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 劉秋蘭

技術領域

本發明屬于碳素材料領域，具體涉及一種氧化石墨烯的高效分離提純方法。

背景技術

氧化石墨烯是一種新型碳素材料，是繼金剛石型、石墨型、富勒烯型和碳管型碳材料之后，碳材料領域的又一個重要新發現。關于氧化石墨烯的研究可以追溯到1855年，當時主要集中在其結構與合成方法方面。從十九世紀中期到二十世紀中期，國內外學者主要集中研究氧化石墨烯的制備過程。較為常見的氧化石墨烯制備方法主要有4種：Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法以及電化學法等。

最近30年以來，人們在繼續致力于確證氧化石墨烯結構的同時，也掀起了對氧化石墨烯應用研究的熱潮，特別是氧化石墨烯及其復合材料的應用研究越來越受到廣泛的重視。以氧化石墨烯作為母體所制備的各種復合材料顯示出了非常優越的性能，成為研究者主要關注的無機材料之一。

目前，在采用濕化學氧化法制備氧化石墨烯的研究中，通常采用透析、高速離心或沉降等技術分離氧化石墨烯產物。然而，透析技術存在著分離周期長（數星期）的技術不足。而高速離心或沉降技術相對于透析技術而言，雖然分離周期較短（數小時以內），但由于在分離過程中，舍棄了含有大量氧化石墨烯的上層清液，因此造成產物損失嚴重、分離提純產率偏低的技術問題。

發明內容

本發明針對現有技術中以普通石墨粉為原料經濕化學氧化法制得的氧化石墨烯難以分離提純的技術問題，提供一種高效分離提純氧化石墨烯的方法。

本發明的高效分離提純氧化石墨烯的方法包括如下步驟：

①對以普通石墨粉為原料經濕化學氧化法制得的含有氧化石墨和氧化石墨烯的懸浮液進行過濾，得到氧化石墨烯分散液和氧化石墨泥狀物；

②滴加堿性溶液至氧化石墨烯分散液中，使分散液的pH值至1.8~2.2，優選pH值至2.0，使氧化石墨烯團聚沉降，再經過濾得到氧化石墨烯團聚體，清洗、烘干得到氧化石墨烯固體。

在本發明中，所述普通石墨粉為鱗片石墨粉、可膨脹石墨粉或微晶石墨粉；所述濕化學氧化法為施陶登邁爾（Staudenmaier）法、布羅迪（Brodie）法或哈姆斯（Hummers）法。

在本發明中，步驟①和步驟②中采用普通濾紙如實驗用的定性或定量濾紙進行過濾，或者采用濾膜如微孔濾膜進行過濾。

在本發明中，所述堿性溶液可以為任意pH大于7的堿性溶液，優選為0.5~5mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。

步驟②中，氧化石墨烯團聚體的烘干溫度可為40~90℃，烘干時間可為6~12小時。

較佳地是，對步驟①得到的氧化石墨泥狀物進行清洗、烘干可進一步得到氧化石墨固體產物。氧化石墨泥狀物的烘干溫度可為40~90℃，烘干時間為6~12小時。

本發明的積極進步效果在于：本發明針對日前采用濕化學氧化法制備氧化石墨烯過程中，產物分離困難的技術問題，在制備氧化石墨烯的同時，對產物進行了高效分離純化。該方法具有工藝簡單、成本低、綠色環保、操作條件易控、產物純凈、產物損失率低等優點。

附圖說明

圖1為本發明的分離提純方法過程中得到的氧化石墨烯分散液（左）和加堿性溶液后氧化石墨烯團聚（右）的照片；以及

圖2為本發明的分離提純方法得到的氧化石墨烯的XRD分析圖譜。

具體實施方式

實施例1

以鱗片石墨粉為主要原料，采用Hummers法制備氧化石墨烯。取100mL反應得到的氧化石墨和氧化石墨烯懸浮液，先加入200mL去離子水進行稀釋，采用中速定量濾紙進行過濾分離，得到暗黃色氧化石墨泥狀物和氧化石墨烯溶液。將得到的暗黃色氧化石墨泥狀物，用去離子水清洗，至濾液用BaCl₂檢驗無SO₄^2-，在90℃的烘箱中烘干6小時，即得到氧化石墨固體。取10mL過濾得到的氧化石墨烯溶液，加入1mol/L氫氧化鈉溶液30mL，此時溶液呈酸性（pH值為2.2），得到暗黃色的懸浮氧化石墨烯團聚體。采用中速定量濾紙對其進行過濾分離，得到氧化石墨烯團聚體，用去離子水清洗團聚體至濾液用BaCl₂檢驗無SO₄^2-。將得到的團聚體在90℃的烘箱中烘干6小時，即得到氧化石墨烯固體。

結果表明，采用該技術分離提純氧化石墨烯產物，可將氧化石墨烯產物的損失率降低到0%，產物純度高達99.9%。