[發明專利]一種活性石墨烯的綠色生產方法

有效

• 申請號: 201811521331.4
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109573994B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 王韜;王欣;李建生;劉炳光;李霞;祖曉冬;李仕增;李青超
• 申請（專利權）人: 天津市職業大學
• 主分類號: C01B32/192
• 分類號: C01B32/192;C07C51/43
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種活性石墨烯的綠色生產方法，其特征在于在V-Fe催化劑存在下，以HNO₃-H₂SO₄水溶液催化氧化活性石墨制備活性氧化石墨烯，用淀粉水解液催化還原活性氧化石墨烯，同時生產活性石墨烯和草酸二種產品的方法，技術方案包括負載催化劑的活性石墨制備、活性氧化石墨烯的制備、氧化石墨烯的還原和草酸的制備四部分：

(1)將石墨粉浸漬在V-Fe的硝酸鹽溶液中，控制投料質量比為：石墨：V：Fe=1:0.005-0.02:0.01-0.04，在110-150℃下烘干，在通氮氣保護下加熱到500-600℃，保溫0.5-1h，使V-Fe的硝酸鹽熱分解產生的納米V₂O₅和納米Fe₂O₃負載在石墨粉表面和插入石墨的分子層間形成V-Fe催化劑負載的活性石墨粉，其比表面積為500-700m²/g；

(2)將V-Fe催化劑負載的活性石墨浸漬到H₂SO₄質量百分濃度為20%-90%和HNO₃質量百分濃度為10%-50%的HNO₃-H₂SO₄水溶液中，在50-80℃下進行氧化反應6-12h，在反應過程中不斷補充質量百分濃度為50%的HNO₃溶液，控制HNO₃與石墨的摩爾投料比為0.6-1.2，并通入空氣降低硝酸消耗，活性石墨粉在V-Fe催化劑的作用下被硝酸和空氣原位氧化生成活性氧化石墨烯，活性氧化石墨烯分子中C/O摩爾比為1.6-3，硝酸被還原為氧化氮氣體，用水吸收氧化氮尾氣循環利用；

(3)將氧化反應液分批加入50-80℃的淀粉質量百分濃度為15%-25%和H₂SO₄質量百分濃度為5%-10%的淀粉水解液中，淀粉水解物主要是葡萄糖，控制石墨與葡萄糖的投料摩爾比為1：1-1.5，氧化反應液在2-4h內加完，然后繼續保溫反應2-4h，葡萄糖被氧化為草酸，HNO₃被葡萄糖還原為氧化氮氣體放出，氧化反應液中的活性氧化石墨烯在V-Fe催化劑的作用下被葡萄糖還原為活性石墨烯沉淀析出，草酸水溶液將活性石墨上負載的V-Fe離子絡合溶解，趁熱過濾分離活性石墨烯沉淀，去離子水清洗，真空干燥，得到活性石墨烯產品，其比表面積為500-1500m²/g，活性石墨烯分子中C/O摩爾比為9-13；

(4)將還原反應母液加熱到50-80℃，繼續加入質量百分濃度為50%的HNO₃氧化劑，并通入空氣提高氧化效率和降低硝酸消耗，直到母液中葡萄糖被完全催化氧化，然后真空蒸發濃縮反應液使草酸質量百分濃度大于25%和使殘余硝酸完全分解，冷卻草酸濃縮液到5-10℃，結晶分離析出的草酸，去離子水清洗，干燥得到草酸產品，含草酸和硫酸的母液通過離子交換樹脂回收V-Fe催化劑，脫除催化劑后的母液循環用于淀粉水解溶液和HNO₃-H₂SO₄水溶液的配制，飽和吸附的離子交換樹脂用質量百分濃度為3%的硝酸溶液脫附再生后循環使用。