[發(fā)明專利]一種低成本石墨烯的制備工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711281872.X
• 申請(qǐng)日: 2017-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN108002372A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牟勇霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川吉瑞德新能源材料有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/19
• 分類號(hào): C01B32/19
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

本發(fā)明涉及一種低成本石墨烯的制備工藝，包括如下步驟：(1)原料前驅(qū)體選擇及預(yù)處理；(2)高純無煙煤層間化合物制備；(3)液氮冷凍及超聲波超聲剝離石墨烯及干燥高溫?zé)徇€原；(4)將膨脹石墨通過不銹鋼氣流粉碎后，得到D50：1?5um的1?6層石墨烯，金屬總雜質(zhì)小于100ppm。現(xiàn)有技術(shù)用石墨化無煙煤純度99％以上的4000元以內(nèi)，經(jīng)過簡(jiǎn)單物理離心分選水洗、高磁量磁選機(jī)多次磁選可以達(dá)到99.9％以上，總體成本能做到6000元以內(nèi)，產(chǎn)品價(jià)格降低50％，而且環(huán)保，適合大規(guī)模批量制備；其次石墨層間化合物可膨脹石墨制備采用混合酸低硫處理，為后期產(chǎn)品的高純度鑒定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低成本石墨烯的制備工藝，屬于石墨烯制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)有工藝大多是采用天然高純鱗片石墨生產(chǎn)石墨烯，石墨礦經(jīng)過浮選后，石墨純度碳量有96％以上，然后經(jīng)過酸法提純，鹽酸硝酸氫氟酸按照一定比例等反應(yīng)；提純過程產(chǎn)生廢酸液對(duì)環(huán)境影響很嚴(yán)重。目前對(duì)新申請(qǐng)項(xiàng)目，國家不再批復(fù)酸法提純，老項(xiàng)目對(duì)企業(yè)環(huán)境保護(hù)投資增加，只有很少一部分企業(yè)能達(dá)標(biāo)生產(chǎn)，而且160目的鱗片石墨96 碳量?jī)r(jià)格目前4000元/噸，提純后石墨純度99.9以上售價(jià)大于1萬元每噸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本石墨烯的制備工藝，以便更好地改善其使用效果，便于根據(jù)需要使用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

一種低成本石墨烯的制備工藝，包括如下步驟：

(1)原料前驅(qū)體選擇及預(yù)處理：

采用原料為寧夏大武口或者云南昭通生產(chǎn)的無煙煤石墨化增碳劑，該增碳劑是利用艾奇遜石墨化窯爐或生產(chǎn)碳化硅石墨化窯爐進(jìn)行高溫石墨化燒結(jié)提純，所需成品僅單獨(dú)選用窯爐爐芯位置，2800度以上高溫，含碳量大于99.1％，灰分0.9％，灰分主要為氧化鐵、氧化鋁、氧化硅等金屬氧化物，該產(chǎn)品的具體參數(shù)為：D002為0.3357，石墨化度 96.05％，Lc(002)為56.95nm，La(110)為165.1nm，指標(biāo)跟天然鱗片石墨一樣；首先，經(jīng)過反應(yīng)釜攪拌混合均勻離心機(jī)水洗第一遍除雜，除掉少量灰分雜質(zhì)，取樣化驗(yàn)產(chǎn)品灰分為小于0.4％，使用烘箱烘干，用電磁磁選機(jī)在2萬高斯磁量磁選3次進(jìn)行第二遍除雜，取樣化驗(yàn)產(chǎn)品灰分小于0.1％，碳量大于99.9％,鐵含量小于20ppm，該工藝使用高溫法對(duì)無煙煤進(jìn)行高溫石墨化除雜，用離心和高磁通量進(jìn)行精細(xì)除雜，避免了傳統(tǒng)工藝使用鱗片石墨進(jìn)行酸法提純對(duì)環(huán)境造成的污染，而且產(chǎn)品的成本低廉，整個(gè)原料加中間過程成本在6000元以內(nèi)，鱗片石墨由于環(huán)境污染越來越嚴(yán)重生產(chǎn)企業(yè)越來越少目前市場(chǎng)價(jià)大于1萬元每噸；

(2)高純無煙煤層間化合物制備：

取用160目石墨化無煙煤：濃度99％的乙酸：濃度98％濃硫酸：濃度27.5％的H2O2：分析純的重鉻酸鉀的質(zhì)量比為1％：1％：0.5％：0.5％：0.08％，反應(yīng)2小時(shí)，溫度60℃，離心機(jī)水洗至PH5-6，烘干，膨脹容積250ml/個(gè)，倍數(shù)250倍。

(3)液氮冷凍及超聲波超聲剝離石墨烯及干燥高溫?zé)徇€原：

采用-196℃液氮低溫浸潤5分鐘，然后石墨與液氮采用不銹鋼金屬絲編織網(wǎng)分離，最后采用高能超聲波振動(dòng)裝置，40KHZ，按照冷凍石墨：水：NMP質(zhì)量比1：1:1投入100 升不銹鋼超聲容器罐中進(jìn)行超聲波高頻振動(dòng)剝離處理1小時(shí)，將超聲后的石墨漿料通過噴霧干燥設(shè)備干燥脫水，將脫水后的可膨脹石墨裝到石墨坩堝里放到有氮?dú)獗Ｗo(hù)的真空管式高溫爐里，溫度調(diào)到2000度脫氧脫硫還原，得到還原后的高純度膨脹石墨體積膨脹到之前的200倍以上。

(4)將膨脹石墨通過不銹鋼氣流粉碎后，得到D50：1-5um的1-6層石墨烯，金屬總雜質(zhì)小于100ppm。