[發(fā)明專利]一種季銨鹽協(xié)同分離氧化石墨烯的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810212183.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108328612A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉瓊英;馬世明;袁嘉男
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都科中云方科技有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/198
• 分類號(hào): C01B32/198
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明為一種季銨鹽協(xié)同分離氧化石墨烯的方法，要解決的技術(shù)問(wèn)題是氧化石墨烯的快速分離，以利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的方法：先將季銨鹽加入新制備的氧化石墨烯混合溶液，然后靜置1小時(shí)，得到上層清澈，下層棕色沉淀的非均相體系，然后通過(guò)過(guò)濾、離心、分液操作方法中的任何一種方法，分離洗滌沉淀，除去金屬雜質(zhì)和其他雜質(zhì)，得到較高純度的氧化石墨烯。在經(jīng)過(guò)還原過(guò)程后，最終產(chǎn)品石墨烯表面已無(wú)季銨鹽吸附。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)季銨鹽的絮凝作用，氧化石墨烯的水溶性降低，過(guò)濾和洗滌速度極大加快，可以連續(xù)操作，適宜氧化石墨烯和石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化石墨烯分離的方法，特別是用季銨鹽協(xié)同分離氧化石墨烯的方法。

背景技術(shù)

石墨烯(Graphene，又稱單層石墨或二維石墨)，是單原子厚度的二維碳原子晶體。自從2004年單層石墨烯被英國(guó)曼切斯特大學(xué)的Geim小組成功獲得以來(lái)，石墨烯便以其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而備受關(guān)注，2010年其發(fā)現(xiàn)者也因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。石墨烯具有高的比表面積、突出的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能及其非凡的電子傳遞性能等一系列優(yōu)異的性質(zhì)，使其在能源、材料、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)需求。近年來(lái)，關(guān)于石墨烯的大規(guī)模制備工作已經(jīng)成為新材料研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。

Hummers法是現(xiàn)階段制備石墨烯最常用的化學(xué)方法，典型的制備過(guò)程是在強(qiáng)氧化劑的氧化作用下，石墨被氧化剝離成氧化石墨烯；過(guò)濾洗滌掉雜質(zhì)離子(如Mn⁴⁺、SO₄^2-、Na⁺、NO^3-等)，分離得到氧化石墨烯；然后加入還原劑對(duì)含氧官能團(tuán)進(jìn)行還原，最終得到石墨烯。因?yàn)榇朔椒ㄔ蠌V泛，反應(yīng)時(shí)間短，得到的石墨烯質(zhì)量穩(wěn)定，所以近年來(lái)Hummers法及其改進(jìn)方法日益受到青睞。

然而，在Hummers法制備石墨烯的過(guò)程中，中間產(chǎn)物-氧化石墨烯由于帶有大量羧基和羥基等親水性基團(tuán)，導(dǎo)致氧化石墨烯在水溶液中的Zeta電位高達(dá)-40mV，形成十分穩(wěn)定的分散體系。若采用傳統(tǒng)的過(guò)濾洗滌方法，即便使用高真空度的油泵抽濾洗滌，氧化石墨烯也很難快速?gòu)暮须s質(zhì)的水相中分離出來(lái)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。如果減少抽濾洗滌次數(shù)，就會(huì)出現(xiàn)氧化石墨烯殘留雜質(zhì)的問(wèn)題，特別是金屬離子Mn⁴⁺、Na⁺等必然會(huì)對(duì)最終石墨烯產(chǎn)品性能造成很大影響。離心分離是另一種分離方法，但只有轉(zhuǎn)速超過(guò)10000轉(zhuǎn)/分鐘的高速離心機(jī)長(zhǎng)時(shí)間分離才能將氧化石墨烯沉淀下來(lái)，這樣不僅操作繁瑣，還提高了成本，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。由于雜質(zhì)離子分子量都比較小，而氧化石墨烯的分子量超過(guò)一萬(wàn)，兩者分子量相差懸殊，所以能采用透析的方法去除雜質(zhì)離子，可是透析袋價(jià)格不菲，透析過(guò)程的時(shí)間也往往長(zhǎng)達(dá)一周，目前這種方法只適用于實(shí)驗(yàn)室用石墨烯的微量生產(chǎn)。由此可見(jiàn)，氧化石墨烯的高效分離是制備石墨烯的關(guān)鍵步驟，已成為解決石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)的核心問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)出一種高效、低成本的氧化石墨烯分離工藝。本發(fā)明系先將季銨鹽作為“絮凝劑”，利用其與氧化石墨烯中羧基形成憎水離子對(duì)的原理，用于氧化石墨烯和水相的高效分離提純研究，從而開(kāi)發(fā)出一種高效、快速和低成本的氧化石墨烯分離工藝。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、通過(guò)季銨鹽與氧化石墨烯中羧基形成憎水離子對(duì)，氧化石墨烯表面的Zeta電位可達(dá)到零，從而使氧化石墨烯快速沉淀，形成較大沉淀顆粒，易于離心或過(guò)濾分離。

2、季銨鹽與錳離子等陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)吸附在氧化石墨烯表面，有效減少氧化石墨烯中錳離子的殘余量。

3、上述所得氧化石墨烯可通過(guò)常規(guī)還原工藝，得到高純度的還原石墨烯。