[發明專利]一種生產公斤級大片徑氧化石墨/氧化石墨烯的方法及裝置

有效

• 申請號: 201610207111.9
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105692605B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 楊永強;王勤生;劉崢;鄧宏康;程小豹;金玲;朱志鑫;文煜
• 申請（專利權）人: 江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198;C01B32/23
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙)32228
• 代理人: 聶啟新

技術領域

本發明涉及大片徑氧化石墨烯制備技術與裝置，尤其涉及一種用于生產公斤級大片徑氧化石墨/氧化石墨烯的方法及裝置。

背景技術

氧化石墨烯作為一種在石墨烯邊緣與表面存在大量羥基、羧基、環氧基等基團的石墨烯重要衍生物，除可通過多種還原手段制備石墨烯外，其本身更是因為二維納米材料的屬性以及表面富含的含氧官能團所帶來的化學活性，在復合材料、生物醫藥等領域存在獨特而巨大的應用價值。

當前，氧化石墨烯的制備方法大都需要經歷石墨和強酸的低溫反應過程、加入氧化劑的中溫反應過程、加入水的中高溫反應過程，以及后續的反復洗滌后處理等過程。由于是在敞口體系下操作，時刻要注意有害氣體和強酸對人體潛在危害；并且，整個反應伴隨攪拌、多次加料、較精確的控溫等步驟。這一系列工序較為復雜、人為因素參與流程多，易造成產品批次穩定性和重復性較差等問題。

此外，上述操作過程，在采用大粒徑石墨原料制備大片徑氧化石墨烯產品時，由于徑向尺寸較大，易出現插層氧化困難、產品難剝離的問題，從而造成了高品質單層大片徑氧化石墨烯的制備難題。但是，相較于小片徑氧化石墨烯，大片徑氧化石墨烯在材料的包覆、成膜性、器件加工性、片片結構的規則性等方面都具有自身的應用優勢。

因此，近年來，關于大片徑氧化石墨烯的制備逐漸受到關注，例如，申請中國發明專利公告號為CN103408000 B的“大片氧化石墨烯的制備”，通過制備分層石墨，再氧化制備氧化石墨，最后通過超聲解離得到大片徑氧化石墨烯；而申請中國發明專利公布號為CN 104556021 A的“一種用天然鱗片狀石墨制備大片徑氧化石墨烯的方法”通過制備氧化石墨，在利用高速分散勻質機剝離分散得到大片徑氧化石墨烯。上述兩項專利報道提供了好的技術思路，但反應時間仍然較長、人為操作工序也較多，對產品的重復性和規模化生成有一定影響。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本申請人提供了一種生產公斤級大片徑氧化石墨/氧化石墨烯的方法及裝置。本發明操作安全便捷、時間短、人為參與因素少、產品重復性好，且設備易推廣應用。

本發明的技術方案如下：

一種生產公斤級大片徑氧化石墨/氧化石墨烯的裝置，包括串聯的反應設備及洗滌設備；

所述反應設備包括由密閉反應容器外壁6、密閉反應容器內壁8和密閉反應容器上蓋5組成的帶夾層的反應容器；在密閉反應容器內壁8上噴涂一層抗酸防腐層14，在密閉反應容器內壁8中間填充反應原料；密閉反應容器上蓋5頂部設置安全壓力爆破閥4；密閉反應容器內壁8底部設置出料口10；

密閉反應容器外壁6和密閉反應容器內壁8之間的夾層填充循環控溫介質層7；所述循環控溫介質層7與外設的恒溫控溫槽1循環聯通；所述恒溫控溫槽1與密閉反應容器外壁6上的進液口15通過管道聯通；密閉反應容器外壁6上的出液口9通過管道連回恒溫控溫水槽1內；

所述洗滌設備包括儲液罐21，儲液罐21上部設置洗滌進料口17，底部設置洗滌出料口26；所述反應設備的出料口10穿出密閉反應容器外壁6，通過泵機16連接至洗滌設備的洗滌進料口17；

儲液罐21頂部設置一臺攪拌機19，攪拌機19伸出攪拌槳18至儲液罐21內部靠下的位置。攪拌機19由攪拌機電機20帶動轉動；儲液罐21的內壁上鋪裝超聲板25，超聲板25由超聲板電機23帶動震動；儲液罐21的壁上開一條透明觀察窗口22；在儲液罐21的壁體中部開一個廢液出液口24。

在密閉反應容器內壁8中間填充的反應原料由下而上分別為石墨層11；氧化劑層12；強酸層13。所述密閉反應容器上蓋5頂部還設置固定螺栓3。所述密閉反應容器上蓋5邊緣設置有吊耳2。

由密閉反應容器外壁6、密閉反應容器內壁8和密閉反應容器上蓋5組成的帶夾層的反應容器容積為50～200L，抗酸防腐層14包括但不限于聚四氟乙烯材質。

本申請人還提供了一種生產公斤級大片徑氧化石墨/氧化石墨烯的方法。該方法是將已做預處理的石墨原料、氧化劑、強酸按順序置于密閉反應容器內壁8底部，通過兩階段的控溫反應后抽送入儲液罐進行洗滌、靜置、超聲處理，得到大片徑氧化石墨/氧化石墨烯漿料產物。

所述的預處理指將50～300目的大片徑鱗片石墨、可膨脹石墨、膨脹石墨在100～120℃溫度范圍下經歷不少于5小時的干燥過程；以及將干燥處理后的石墨原料、氧化劑、強酸在0～5℃的溫度范圍內，進行不少于3小時的冷卻處理；