[發明專利]一種復合熔鹽研磨剝離制備石墨烯的方法

在審

• 申請號: 202110777396.0
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113428852A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂;司文彬;李鈞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及石墨烯制備領域，公開了一種復合熔鹽研磨剝離制備石墨烯的方法。包括如下制備過程：（1）將氯化鈉與氯化鈣加熱熔融形成復合熔鹽，然后與膨脹石墨攪拌分散均勻，再冷卻、粉碎，得到石墨與鹽鑲嵌的大顆粒；（2）將石墨與鹽鑲嵌的大顆粒、分散劑、乙醇、研磨介質混合研磨，在大顆粒被不斷研磨的同時，鑲嵌的石墨被剝離形成石墨烯；（3）將研磨物料用粗網過濾，除去研磨介質，然后細網過濾，除去乙醇，進一步通過反復水洗除脫鹽，干燥，得到石墨烯粉。本發明的制備方法，不但提高了研磨的效率，而且得到的石墨烯質量高。

技術領域

本發明涉及石墨烯制備領域，公開了一種復合熔鹽研磨剝離制備石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯是由碳原子構成的具有單原子層厚度的二維晶體，碳原子之間以sp2 雜化方式互相鍵合形成蜂窩狀晶格網絡，其基本結構單元是苯六元環，可看作是一層被剝離的單層石墨片，其厚度僅為0.35 nm。同其他云母、二硫化鉬、滑石粉、蒙脫土、硼化物等二維材料一樣，石墨的層間由很高鍵能的氫鍵連接。因此，為了將石墨剝離為單層或多層的石墨烯，關鍵的問題是克服石墨層間氫鍵能。

目前傳統的化學氧化法制備石墨烯，其本質是利用強氧化劑（濃硫酸）破壞石墨層間的氫鍵，從而使得石墨被輕易的剝離為石墨烯，適合規模化制備。然而由于使用大量的強氧化劑，極易造成環境污染、成本高。另外，由于使用強氧化劑使得石墨烯的晶格受到損傷，石墨烯的增強性、電性能大幅下降。目前市面上大部分為氧化石墨烯，其應用具有很大的限制。

從理論上分析，只要有效地破壞石墨層間的氫鍵，制備石墨烯變為可能。為此，采用以機械力為代表的物理法，通過機械力能、電能、磁能、光能、聲能等克服石墨層間氫鍵剝離制備石墨烯成為無污染、規模化、低成本化制備高品質石墨烯的最佳選擇。特別是，通過機械力剝離制備石墨烯由于設備簡單，產量規模大，生產環保，逐步成為生產石墨烯的主流技術。根據目前已公開的相關技術，已有采用球磨機、砂磨機、三輥磨、螺桿擠出機等研磨剪切設備剝離制備石墨烯的技術。

在生產實踐中，石墨被逐步細化剝離，隨著粒徑的減小，剪切對石墨產生的剪切力越來越小，造成剝離效率低，而且得到的石墨烯是石墨、石墨烯微片、多層石墨烯、單層石墨烯的復合物，石墨烯質量較低。隨著機械剝離石墨烯在鋰電池、散熱涂料、印刷導電漿料等高端產品的應用需求，對機械剝離石墨烯的質量要求越來越高，因此，需要進一步提升機械剝離制備石墨烯的質量和生產效率。

中國發明專利申請號201010179119.1公開了高效率低成本機械剝離制備石墨烯或氧化石墨烯的方法，利用固體顆粒和液體工作介質（或氣體工作介質）采用機械剝離碳素材料后分離；獲得石墨烯或氧化石墨烯；碳素材料為石墨粉、膨脹石墨、可膨脹石墨或氧化石墨粉。

中國發明專利申請號201910254520.8公開了一種通過機械剝離制備石墨烯的方法及其制備的石墨烯，該石墨烯的原料按質量百分比計包含：石墨粉4~25%，溶劑70~95%，表面活性劑0.1~5%。該發明還提供了該通過機械剝離制備石墨烯的方法，其包含：步驟（1），按比例稱取各原料；步驟（2），對石墨粉進行膨化處理；步驟（3），將膨化石墨與溶劑、分散劑混合，進行分散處理；步驟（4），將分散液進行機械剝離；步驟（5），將處理液進行均勻化處理；步驟6，將處理液通過噴霧干燥，得到石墨烯粉體。

在生產實踐中，石墨被逐步細化剝離，隨著粒徑的減小，剪切對石墨產生的剪切力越來越小，造成剝離效率低，而且得到的石墨烯是石墨、石墨烯微片、多層石墨烯、單層石墨烯的復合物，石墨烯質量較低。隨著機械剝離石墨烯在鋰電池、散熱涂料、印刷導電漿料等高端產品的應用需求，對機械剝離石墨烯的質量要求越來越高，因此，需要進一步提升機械剝離制備石墨烯的質量和生產效率。

發明內容

通過上述可見，目前采用機械剝離制備石墨烯的方法具有剝離效率低、石墨烯質量較差的缺陷。

本發明通過以下技術方案解決上述問題：

一種復合熔鹽研磨剝離制備石墨烯的方法，制備的具體過程為：