[發明專利]工業氧化石墨烯的制備方法

在審

• 申請號: 201710450407.8
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107055525A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 蔡強;任衛衛;張元元;于玉華
• 申請（專利權）人: 山東海邁新材料有限公司
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司37212
• 代理人: 耿霞

技術領域

本發明屬于新材料氧化石墨烯制備領域，具體涉及一種工業氧化石墨烯的制備方法。

背景技術

氧化石墨烯是一種性能優異的新型碳材料，具有較高的比表面積和表面豐富的官能團。氧化石墨烯復合材料包括聚合物類復合材料以及無機物類復合材料，更是具有廣泛的應用領域。

氧化石墨烯是石墨烯的一種衍生物，是石墨烯的氧化物，因經氧化后，其上含氧官能團增多而使性質較石墨烯更加活潑，可經由各種與含氧官能團的反應而改善本身性質，雖然導電率遠低于石墨烯，但其表面活性更容易和其他物質發生復合反應。現有的制備氧化石墨烯的主要方法可以分為固相法，液相法和氣相法三種方式。目前，常用的氧化石墨烯制備為氧化法，但是該法也存在生產的氧化石墨烯比表面積小，每批層數不穩定，難離心的缺點。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種工業氧化石墨烯的制備方法，解決工業氧化石墨烯比表面積小、層數不穩定、難離心的問題。

本發明所述的工業氧化石墨烯的制備方法，步驟如下：

(1)原料預處理：

將濃硫酸與天然鱗片石墨混合后，升溫反應，得酸性混合物料；

(2)氧化：

將酸性混合物料降溫后，依次加入高錳酸鉀、純水進行反應，反應完畢，加入雙氧水，得氧化石墨溶液；

(3)水洗：

離心、水洗氧化石墨溶液至中性；

(4)超聲：

將步驟(3)所得溶液配制為懸浮液，超聲，冷凍干燥，得氧化石墨烯產品。

其中：

步驟(1)中，所述的天然鱗片石墨的粒徑為200-400目。天然鱗片石墨目數不同，制備的石墨烯粒徑和比表面積不同，進而使得石墨烯的適用于不同領域。

步驟(1)中，所述的濃硫酸與天然鱗片石墨的質量比為100:1～130:1。優選地，濃硫酸與天然鱗片石墨的質量比為110:1。

步驟(1)中，所述的反應溫度為70～85℃，反應時間為1～2小時。

步驟(2)中，所述的降溫為降溫至0～20℃。

步驟(2)中，所述的高錳酸鉀的加入量為天然鱗片石墨質量的2～9倍。優選地，高錳酸鉀的加入量為天然鱗片石墨質量的5倍。所述的高錳酸鉀緩慢加入至酸性混合物料中，在1.5～3小時內加入。高錳酸鉀加入過快易發生局部反應，影響石墨烯層數和粒徑。

步驟(2)中，所述的純水與步驟(1)中濃硫酸的體積相同。所述的純水緩慢加入至反應體系中，在4～6小時內加入。

步驟(2)中，所述的反應溫度為35～45℃，反應時間為2～3小時。反應溫度過低會導致反應不充分，影響反應收率；反應溫度超過50℃，生成的物質易發生交聯，碳環上的環氧管能團變多，不宜還原，直接影響石墨烯的性能。

步驟(2)中，加入雙氧水后，溶液變為金黃色。

步驟(4)中，所述的懸浮液的濃度為1～8g/L，所述的超聲時間為20-30分鐘。優選地，所述的懸浮液的濃度為3g/L。

本發明與現有技術相比，具有如下有益效果：

1、本發明經過原料預處理階段，高溫下用濃硫酸去除石墨本身的缺陷，使石墨的片層規整；硫酸氫根離子在石墨片層插層，增加了層與層之間的間距，沒有經過預處理的原料，石墨層間距為0.2～0.3nm，而經過原料預處理的石墨，層間距變為0.6～0.8nm，增加了氧化官能團的插入，提高氧化石墨烯的表面活性，利于下游客戶的使用。層間距增大，便于超聲剝層，生產的氧化石墨烯層數在5～8層，且每批產品穩定。

2、金黃色氧化石墨溶液難離心的原因是由于濃硫酸具有粘稠性，氧化石墨溶液濃度大，為解決這一問題，氧化石墨離心前，加入與濃硫酸等體積的純水稀釋，便于離心水洗。

3、本發明加入的天然鱗片石墨粒徑小，石墨的表面活性增大，有助于氧化反應，制備出的氧化石墨烯的比表面積能夠達到500g/cm²，利于氧化石墨烯在復合材料領域的應用。

附圖說明

圖1是本發明的生產工藝流程圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步說明。

實施例1

所述的工業氧化石墨烯的制備方法，步驟如下：

(1)原料預處理：

將濃硫酸與天然鱗片石墨(粒徑為300目)混合后，升溫至77℃反應1.5小時，得酸性混合物料；所述的濃硫酸與天然鱗片石墨的質量比為110:1。

(2)氧化：