[發明專利]一種制備清潔氧化石墨的方法

在審

• 申請號: 201710967935.0
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107720746A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 李學寬;張曄;張晉;唐明興;周立公;杜明仙
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C01B32/23
• 分類號: C01B32/23
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 劉寶賢

技術領域

本發明屬于一種碳材料及制備方法，具體涉及一種制備清潔氧化石墨的方法。

背景技術

氧化石墨是石墨氧化后的產物，經氧化處理后，石墨烯片基上引入了許多含氧官能團，如表面羥基、環氧基以及端邊羧基，其層間距增加。氧化石墨作為一類非金屬類的催化新材料引起國內外學者的廣泛關注，其本身不僅可以作為萃取和吸附材料，而且在催化氧化領域具有重要應用，如將氧化石墨單獨做催化劑用于催化醇的氧化、胺的氧化偶聯和飽和芳環或者雜芳環的芳構化等反應中，均取得一定的效果。根據已有的報道，制備氧化石墨的化學氧化法主要有Hummers法、Brodie法和Staudenmaier 法三種。這些方法均是用強酸及強氧化劑處理石墨，得到的氧化石墨表面含有豐富的含氧官能團，在水中能夠穩定分散。其中，Brodie 和 Staudenmaier 法由于使用發煙硝酸或濃硫酸和發煙硝酸的混合酸進行處理，再加入KClO₄進一步氧化，會對石墨結構造成一定程度的破壞，所以Hummers 法應用較為普及，但是Hummers法需要在KMnO₄、NaNO₃ 和濃H₂SO₄體系中98℃對石墨進行氧化，濃硫酸的使用會使制備過程中產生較多的有毒廢氣、酸性廢水和繁雜的后處理過程，同時制備的氧化石墨中還會含有少量的Mn²⁺、Na⁺和SO₄^2-等雜質，在催化反應中產生副作用，影響氧化石墨的催化氧化效果。因此為滿足環保和催化性能的要求，迫切需要我們開發出一種環境友好的制備清潔氧化石墨的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種無污染的制備清潔氧化石墨的方法。

本發明清潔制備氧化石墨的方法，包括如下步驟：

（1）按石墨:硝酸銨質量比為1:1～1:10，將石墨和硝酸銨在水中混合均勻，石墨與水質量比為1:10～1:50， 80～100℃蒸干水分后，將其于230～600℃加熱預處理15～90min，獲得氧化前驅物。

（2）按蒸餾水：氧化前驅物＝10～100:1的質量比，將氧化前驅物分散在蒸餾水中，再通入臭氧體積濃度為20～40%的臭氧/氧氣混合氧化劑，于10～50℃進行氧化3～50h，再將氧化后的混合溶液過濾、洗滌、干燥即得清潔氧化石墨。

如上所述的石墨和硝酸銨在水中混合的時間為6～36h。

如上所述的混合氧化劑的通入量為每克氧化前驅物每分鐘15.5－31.0ml 混合氧化劑。

本發明的清潔氧化石墨不含雜質Mn²⁺、Na⁺和SO₄^2-等雜質離子，

本發明的優點如下：

本發明中的氧化石墨不含Mn²⁺、Na⁺和SO₄^2-等雜質離子，為清潔氧化石墨。制備過程因未采用濃硫酸、高錳酸鉀和硝酸鈉等氧化劑，而以高濃度臭氧為氧化劑，制備過程副產物僅為氧氣、氮氣和水蒸汽，不產生任何廢水、廢氣和廢渣，操作簡便，為環境友好型氧化石墨。

具體實施方式

本發明可以通過下面實施例詳細說明，但并不構成對本發明的任何限制，任何人在本發明的權利要求范圍內所做的有限次修改仍在本發明的權利要求范圍內。

實施例1：

將1.0g石墨與1.0g硝酸銨在100mL坩堝中均勻混合，加入蒸餾水20g，在室溫下連續攪拌6h，然后在80℃的水浴中蒸干水分，將含固體的坩堝轉移至馬弗爐中，400℃加熱處理60min得到前驅物G-NH₄NO₃；將G-NH₄NO₃加入500mL孟氏瓶中與10g蒸餾水混合，50℃下按每克G-NH₄NO₃每分鐘31.0 ml通入體積濃度為20%的臭氧/氧氣的混合氧化劑，不斷攪拌下連續通50h，獲得氧化石墨水溶液；將氧化石墨水溶液抽濾、干燥得到清潔氧化石墨，該氧化石墨中氧含量為35%，Mn²⁺、Na⁺和SO₄^2-含量均為0。

實施例2