[發明專利]一種羧基功能化石墨烯的宏量制備裝置及方法

有效

• 申請號: 201811069144.7
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN108862268B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 蔣炎;羅振揚;馬宏明;梁燕;黃榮慶;曹建鵬;周良艷;萬元俊;宋彥杰;禹龍;劉雪靜
• 申請（專利權）人: 常州恒利寶納米新材料科技有限公司;南通九野智能科技有限公司
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198;C09C1/00;C09C3/06;C09C3/08;C08L77/02;C08K9/02;C08K9/00;C08K9/04;C08K7/00
• 代理公司: 南京思拓知識產權代理事務所(普通合伙) 32288
• 代理人: 苗建

本發明公開了一種羧基功能化石墨烯的宏量制備裝置及方法，屬于石墨烯的制備技術領域。該宏量制備裝置包括第一分散釜、活化反應器、第一過濾洗滌塔、第二分散釜、反應釜、第二過濾洗滌塔、第三分散釜、干燥塔、第一儲罐和第二儲罐，第一分散釜、活化反應器、第一過濾洗滌塔、第二分散釜、反應釜、第二過濾洗滌塔、第三分散釜和干燥塔依次連接，第一過濾洗滌塔、第一儲罐和第一分散釜依次連接，第二過濾洗滌塔、第二儲罐和第二分散釜依次連接。本發明具有結構簡單緊湊，設計合理，連續化程度高且設備投資少的優點，能夠高效制備羧基功能化石墨烯，降低生產成本。

技術領域

本發明屬于石墨烯的制備技術領域，更具體地說，涉及一種羧基功能化石墨烯的宏量制備裝置及方法。

背景技術

石墨烯是一種新型二維碳納米材料，具有獨特的單原子層二維晶體結構、高比表面積、高的強度、電導率、熱導率等獨特性能，被譽為“改變21世紀的神奇材料”。但純石墨烯由于其比表面積大、表面能高的特點，非常容易在溶劑和基體中團聚，致使其本征優良特征的發揮受到極大限制，而功能化石墨烯在保留石墨烯特性的同時，負載官能化基團，賦予其良好的相容性及可調的化學、電學等性能，有效地解決石墨烯材料使用困難的問題。

氧化石墨烯是將石墨進行氧化后剝離得到的，具有很好的水溶性，根據氧化石墨烯的Lerf-Klinowski模型[Chem.Soc.ReV.2010,39,228.]：氧化石墨烯層面上修飾有羥基和環氧基團，而羧基主要在層邊緣處?；谘趸┑目扇苄院突瘜W反應活性，氧化石墨烯層面和邊緣處均可被功能化。羧基改性的氧化石墨烯在功能化氧化石墨烯的制備中占有重要的地位，利用氧化石墨烯表面的活潑羧基，通過酰胺化或酯化反應，可使各種有機小分子、高分子、生物大分子以及含有活潑基團的功能材料被共價結合到氧化石墨烯上。

有文獻首次報道了利用氯乙酸對氧化石墨烯進行羧基功能化，以活化氧化石墨烯表面的環氧基與羥基，使其轉變成為羧基，從而提高其溶解性和生物學性能(XiaomingSun,Zhuang Liu,Kevin Welsher,Joshua Tucker Robinson,Andrew Goodwin,SasaZaric,Hongjie Dai.Nano-Graphene Oxide for Cellular Imaging and DrugDelivery.Nano Res.2008,1:203-212.2.)。公開日為2012年5月2日的中國專利201110265734.9“可控合成羧基化氧化石墨烯的方法及制得的納米材料”公開了一種合成羧基化氧化石墨烯的方法，該方法采用偶氮類引發劑對氧化石墨烯作用，得到氰基改性氧化石墨烯，然后再將其溶于堿的醇溶液中反應，獲得羧基化氧化石墨烯。公開日為2015年3月25日的中國專利201310425628.1公開了一種羧基功能化的石墨烯材料及其制備方法，該方法利用重氮化反應對石墨烯進行功能化，得到羧基化的石墨烯材料。公開日為2015年3月25日的中國專利201410647838.X公開了一種羧基化石墨烯的制備方法，該方法先制備氧化石墨烯懸浮液，然后還原制備石墨烯渾濁液，然后制備羧基化石墨烯的前驅體渾濁液，最后經過酸化前驅體后得到羧基化石墨烯。

目前羧基化石墨烯存在的問題是：制備工藝過程復雜，所得到羧基化石墨烯其羧基在片層中或邊緣，反應活性較低，位阻效應較大，尤其是在進行原位聚合改性時，只有很少一部分羧基能夠以化學鍵的形式與基體材料成鍵分散于產物中，不能較好分散，甚至會出現阻聚現象。因此，需要尋求一種高效的合成羧基化石墨烯的工藝。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的之一在于提供一種工藝流程簡單、綠色環保無污染、生產效率高、布局緊湊的羧基功能化石墨烯宏量制備裝置，本發明的目的之二在于提供采用該宏量制備裝置的制備方法，制備的羧基功能化石墨烯羧基含量高、反應活性高。

為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：