[發明專利]一種羧基化石墨烯的綠色生產方法

在審

• 申請號: 202110830027.3
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113683086A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 宋春麗;蔣炎;張榮耀;邵筱玨;馬宏明;陳潤
• 申請（專利權）人: 常州恒利寶納米新材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198;C01B32/184;B82Y30/00;B82Y40/00
• 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化石墨烯的綠色生產方法，屬于石墨烯的制備技術領域。本發明將氧化石墨烯分散到溶劑中，得到氧化石墨烯分散液；將氧化石墨烯分散液加入到反應釜中，在溫度20～160℃下加入檸檬酸、酯化劑和脫水縮合劑進行反應，反應時間1～10h，得到反應產物；反應產物中加入溶劑，進行抽濾、洗滌，得到抽濾產物；將抽濾產物重新分散在溶劑中，干燥，即得羧基化石墨烯粉體。本發明制得的羧基石墨烯分散性能優異，而且選用的羧基化試劑檸檬酸價格低廉且環境友好，制備工藝簡單易行，適于大規模工業化生產。

技術領域

本發明屬于石墨烯的制備技術領域，具體地說，涉及一種羧基化石墨烯的綠色生產方法。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道形成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，其厚度為一個碳原子層的厚度(0.35nm)，是目前發現的最薄的材料。石墨烯具有獨特的物理化學性質，是目前已知的硬度最高的物質，楊氏模量超過1000GPa，同時具有較好的韌性；熱導率3000W/m K；電荷遷移速度為2×10⁵cm²/Vs；比表面積高達2600m²/g。

氧化石墨烯(GO)是在石墨烯片層上引入功能性的基團，使其具有某些新特性的一種功能化的石墨烯，功能性的基團包括位于氧化石墨烯的表面上的羥基和環氧基以及邊緣處的羧基和羥基，利用氧化石墨烯表面基團可以和其他材料進行復合反應。其中羧基化石墨烯在高分子材料中的應用較為廣泛，如何高效、量產羧基化石墨烯關系到石墨烯能否實現工業化應用。目前，羧基化石墨烯的制備已有報道，多采用原料氯乙酸、氨基己酸得到羧基化石墨烯，然而這類方法所用原料成本高，制得的羧基化石墨烯的羧基含量低且不穩定，同時，這類方法制備氧化石墨烯對石墨烯片層的破壞較大，從而造成石墨烯性能降低。因此從生產成本和后期應用方面考慮，現有方法的工業化應用價值不高，開發羧基含量高、石墨烯性能高的石墨烯羧基化技術十分必要。

公開日為2018年11月23日的中國專利2018110691447公開了一種羧基功能化石墨烯的制備方法，先將氧化石墨烯和堿液制成氧化石墨烯水性漿料，然后進行羧基活化反應，然后加入羧基化試劑和脫水縮合劑進行反應，最終得到羧基功能化石墨烯粉體。這種制備方法充分利用氧化石墨烯片層上的含氧官能團，制備的羧基功能化石墨烯羧基含量高、反應活性高。但是該方法較為復雜，水洗步驟較多，制備過程不夠環保，出于綠色環保的要求，需要對上述方法進行改進。

發明內容

針對現有技術的羧基化石墨烯表面羧基量低、所用原料成本高、改性效果差的問題，本發明的目的在于提供一種羧基化石墨烯的綠色生產方法，解決現有技術的生產方法不夠環保的問題。

為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種羧基化石墨烯的綠色生產方法，包括以下步驟：

步驟1，將氧化石墨烯分散到溶劑中，得到氧化石墨烯分散液；

步驟2，將所述氧化石墨烯分散液加入到反應釜中，加入檸檬酸、酯化劑和脫水縮合劑進行反應，得到反應產物；

步驟3，向所述反應產物中加入溶劑，過濾、洗滌后得到過濾產物；

步驟4，將所述過濾產物重新分散在溶劑中，干燥后即得羧基化石墨烯粉體。

進一步地，步驟2的反應條件為在溫度20～160℃下反應1～10h。

進一步地，所述溶劑為水、乙二醇、N，N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

進一步地，步驟1中的分散方式為超聲、剪切、乳化同時進行的方式。

進一步地，將所述氧化石墨烯分散液經過均質后再加入到反應釜。

進一步地，檸檬酸與氧化石墨烯的質量比為1:(0.1～1)。