BG112833A - Stable colloid dispersion of nanosized synthetic graphene oxide - Google Patents

Stable colloid dispersion of nanosized synthetic graphene oxide Download PDF

Info

Publication number
BG112833A
BG112833A BG112833A BG11283318A BG112833A BG 112833 A BG112833 A BG 112833A BG 112833 A BG112833 A BG 112833A BG 11283318 A BG11283318 A BG 11283318A BG 112833 A BG112833 A BG 112833A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
graphene oxide
solvent
alkaline properties
synthetic graphene
stable
Prior art date
Application number
BG112833A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG67375B1 (en
Inventor
Станимир Диков
Диков Диков Станимир
Гинка Дикова
Стайкова Дикова Гинка
Original Assignee
"Квинрон" Оод
„Квинрон“ Оод
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "Квинрон" Оод, „Квинрон“ Оод filed Critical "Квинрон" Оод
Priority to BG112833A priority Critical patent/BG67375B1/en
Publication of BG112833A publication Critical patent/BG112833A/en
Publication of BG67375B1 publication Critical patent/BG67375B1/en

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for the preparation of a stable colloid dispersion of nanosized synthetic graphene oxide and to a stable colloid dispersion of nanosized synthetic graphene oxide obtained by the method thereof. In particular, the invention relates to a method for the preparation of stable colloid dispersions of synthetic graphene oxide, which is carried out as putting dry synthetic graphene oxide powder in a solvent with pronounced alkaline properties, which differs from the mineral one (originating from the chemical exfoliation of graphite) in that it is functionalized only with hydroxyl groups, which in a suitable solvent (strongly pronounced alkaline properties, i.e. proton acceptor according to the Bronsted-Lowry theory) are deprotonated, i.e. there is acid reaction as a proton donor. What follows,without further manipulations, is a stay of 24 hours and 168 hours. During this period, the synthetic graphene oxide passes spontaneously into a stable colloidal state. Preferably, the solvent with pronounced alkaline properties is selected from the group consisting of an organic solvent and a water-based solvent. Preferably, the solvent with pronounced alkaline properties is one or more of the group consisting of: dimethyl sulfoxide, 1-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, 25% to 32% aqueous ammonia solution, aqueous sodium hydroxide solution or potassium hydroxide. The stable colloidal dispersion of graphene oxide obtained by the method of the present utility model contains 0.1% to 10 % synthetic graphene oxide, the particles of which have nanosizes, namely a thickness of 1.2 nm and a diameter of not less than 2 nm and not greater than 1000 nm.

Description

СТАБИЛНА КОЛОИДНА ДИСПЕРСИЯ НА НАНО РАЗМЕРЕН СИНТЕТИЧЕН ГРАФЕНОВ ОКСИДSTABLE COLLOID DISPERSION OF NANO SIZED SYNTHETIC GRAPHENE OXIDE

I. Област на техникатаI. Field of technology

Изобретението се отнася до метод за получаване на стабилна колоидна дисперсия на наноразмерен синтетичен графенов оксид и до стабилна колоидна дисперсия на наноразмерен синтетичен графенов оксид, получена по метода. По този начин и изобретението принадлежи към областта на методите за създаване на стабилни колоидни дисперсии на нано размерен материал, т.н. синтетичен графенов оксид, чиито частици имат нано размери, а именно дебелина 1.2 nm и диаметър не по-малък от 2 nm и не по-голям от 1000 nm.The invention relates to a process for the preparation of a stable colloidal dispersion of nanosized synthetic graphene oxide and to a stable colloidal dispersion of nanosized synthetic graphene oxide obtained by the process. Thus, the invention also belongs to the field of methods for creating stable colloidal dispersions of nano-sized material, i. synthetic graphene oxide, the particles of which have nano-dimensions, namely a thickness of 1.2 nm and a diameter of not less than 2 nm and not more than 1000 nm.

Стабилната колоидна дисперсия на наноразмерен синтетичен графенов оксид ще намира приложение в състав на полимерни (пластмаси, каучуци, смоли и др.) материали, в комбинация или не на други пълнители, т.е. композити в това число и водо-базирани като геополимери, зеолити и бетони. Тази дисперсия осигурява заздравяването на детайли и компоненти изработени от посочените материали, а функцията й е постигане на оптимално хомогенизиране на армиращия агент, т.е. синтетичния графенов оксид в съответната матрица. Степента на заздравяване на епоксидна смола, която съдържа 0,1% графенов оксид, въведен с дисперсията е: 50% увеличаване на модула на еластичност и 600% увеличение на якостта на опън.The stable colloidal dispersion of nanosized synthetic graphene oxide will find application in the composition of polymeric (plastics, rubbers, resins, etc.) materials, in combination or not of other fillers, ie. composites, including water-based ones such as geopolymers, zeolites and concretes. This dispersion ensures the strengthening of parts and components made of these materials, and its function is to achieve optimal homogenization of the reinforcing agent, ie. the synthetic graphene oxide in the corresponding matrix. The degree of hardening of epoxy resin, which contains 0.1% graphene oxide introduced with the dispersion is: 50% increase in modulus of elasticity and 600% increase in tensile strength.

II. Предшестващо състояние на техникатаII. BACKGROUND OF THE INVENTION

В областта на техниката с термина графен се отнася до обозначаването на една единствена равнина от слоистия кристал на графита. Получаването на тази равнина е сложна техническа задача, която може да се изпълни с различни подходи, които водят до материал с различни свойства. Тази равнина може да бъде изградена а.) с помощта на отделни въглеродни атоми подредени върху подложка в т.н. CVD метод;In the art, the term graphene refers to a single plane of the layered graphite crystal. Obtaining this plane is a complex technical task that can be performed with different approaches that lead to a material with different properties. This plane can be constructed a.) With the help of individual carbon atoms arranged on a substrate in the so-called CVD method;

б.) изпарение на силициеви атоми при нагряване до висока температура на кристала на силициевия карбид SiC;b.) evaporation of silicon atoms when heated to a high temperature of the silicon carbide SiC crystal;

в.) разлистване на кристала на графита в йонна течност и интензивен ултразвук и др. Графенът е електропроводящ, химически и физически инертен полу-метал, т.е. полу-проводник с нулева ширина на забранената зона. Графенът е хидрофилен, т.е. водо-отблъскващ, материал с огромна специфична повърхнина, т.е. повърхнина на единица тегло, от порядъка на 2500 m2/g, откъдето произлизат впечатляващите му качества на армиращ агент.c.) leafing of the graphite crystal in ionic liquid and intensive ultrasound, etc. Graphene is an electrically conductive, chemically and physically inert semi-metal, i. semiconductor with zero band gap. Graphene is hydrophilic, ie. water-repellent, a material with a huge specific surface, ie. surface area per unit weight, of the order of 2500 m 2 / g, whence its impressive properties as a reinforcing agent.

Техническите трудности с индустриалното получаване на графен са огромни, като основен метод за добив на значими (kg до t ) количества е химическото ексфолиране (разлистване) на кристала на графита. При този процес част от въглеродните атоми сменят хибридизацията си, след което присъединяват хидроксилни (-ОН), карбоксилни (-СООН) или епокси (-О-) групи, т.е. при химическото разлистване на графита се стига до функционализиран материал, който поради това, че рядко е еднослоен се нарича графитен оксид (графенов оксид, ако е еднослоен). За разлика от прекурсора си, той не е електропроводящ, но е хидрофилен, т.е. смесим със специфична повърхнина от порядъка на 400 м2/г. Тези методи за получаване на минерален (с произход графит) графитен/графенов оксид са базирани на метода на Броуди (Brodie 1860), Щауденмайер (Staudenmaier 1898), Хъмърс (Hummers) и Офман (Offeman) от 1958 г., познати като Хъмърс (Hummers’) методи. Те се характеризират с това, че използват големи количества концентрирани киселини и окислители, т.е. представляват екологична пречка за мащабирането им до индустриално значимо производство. Наред с това, материалът, който произвеждат е предоминантно функционализиран с карбоксилни групи (-СООН). Това предопределя съотнасянето му към различни разтворители при получаването на стабилни колоидни дисперсии.The technical difficulties with the industrial production of graphene are huge, as the main method for obtaining significant (kg to t) quantities is the chemical exfoliation (leafing) of the graphite crystal. In this process, some of the carbon atoms change their hybridization and then join hydroxyl (-OH), carboxyl (-COOH) or epoxy (-O-) groups, i. chemical degreasing of graphite leads to a functionalized material, which due to the fact that it is rarely single-layer is called graphite oxide (graphene oxide, if it is single-layer). Unlike its precursor, it is not electrically conductive, but is hydrophilic, ie. mixed with a specific surface of the order of 400 m2 / g. These methods for producing mineral (graphite-derived) graphite / graphene oxide are based on the method of Brodie (Brodie 1860), Staudenmaier (Sta98enmaier 1898), Hummers (Hummers) and Offeman (1958), known as Hummers ( Hummers') methods. They are characterized in that they use large amounts of concentrated acids and oxidants, ie. represent an environmental barrier to scale them to industrially significant production. In addition, the material they produce is predominantly functionalized with carboxyl groups (-COOH). This predetermines its correlation to different solvents in the preparation of stable colloidal dispersions.

Предвид на това постоянно се търсят и създават множество решения за получаване на стабилни колоидни дисперсии на минерален графен и графитен/ графенов оксид.In view of this, many solutions for obtaining stable colloidal dispersions of mineral graphene and graphite / graphene oxide are constantly sought and created.

От публикация [1] е известно, най-общо, че тези методи включват: декорирането/покриването на повърхността на графен/графенов оксид с повърхностно активни вещества (ПАВ) или стабилизатори. Ако те отсъстват е необходима модификация на ръбовете (сулфониране) на графеновия оксид. Описаният в [1] метод включва операциите: производство на графенов оксид от графит с модифициран метод на Хъмърс, последващо механично въздействие с ултразвук (1-24h.), последващо въвеждане на органичен разтворител диметилформамид във водна дисперсия на графенов оксид, последваща редукция на графеновия оксид с помощта на хидразин монохидрат и нагряване до 80 0 С за 12h. Последваща редисперсия с ултразвук след 24h поради утаяване. Концентрацията на минерален графенов оксид в тези дисперсии е 3 тегл. %.It is generally known from publication [1] that these methods include: decorating / coating the surface of graphene / graphene oxide with surfactants or stabilizers. If they are absent, modification of the edges (sulfonation) of graphene oxide is required. The method described in [1] includes the operations: production of graphene oxide from graphite with a modified Hummer method, subsequent mechanical action with ultrasound (1-24h.), Subsequent introduction of an organic solvent dimethylformamide in an aqueous dispersion of graphene oxide, subsequent reduction of graphene oxide using hydrazine monohydrate and heating to 80 0 C for 12h. Subsequent redispersion with ultrasound after 24h due to precipitation. The concentration of mineral graphene oxide in these dispersions is 3 wt. %.

Освен това е известна и публикация [2], в която е описана стабилността на 0,5 тегл % дисперсии на минерален графенов оксид в 13 различни разтворителя, като графеновия оксид е получен по метода на Хъмърс, а дисперсията е получена с 2 интензивна едночасова обработка с ултразвук. Всички дисперсии показват утайка, като само при 4 от тях, тя не нараства с времето: етилен гликол, диметилформамид, н-метил пиролидон и тетрахидрофуран. Авторите заключават, че към онзи момент не е известен механизъм, който да позволи стабилна дисперсия на графенов оксид в изследваните разтворители.Also known is publication [2], which describes the stability of 0.5 wt% dispersion of mineral graphene oxide in 13 different solvents, as graphene oxide was obtained by the method of Hummers, and the dispersion was obtained by 2 intensive one-hour treatment with ultrasound. All dispersions show a precipitate, and in only 4 of them does it not increase over time: ethylene glycol, dimethylformamide, n-methyl pyrrolidone and tetrahydrofuran. The authors conclude that at that time no mechanism was known to allow a stable dispersion of graphene oxide in the studied solvents.

В допълнение е известна публикация [3] където се описва получаването на стабилна колоидна дисперсия на графенов оксид с концентрация от 0,05 тегл. % посредством третиране с ултразвук във вода, последващо въвеждане на н-метил пиролидон, последваща солвотермална реакция в рефлуксен кондензатор при 240 0 С в продължение на 24h. Дългосрочната стабилност на дисперсията не е изследвана.In addition, a publication [3] is known which describes the preparation of a stable colloidal dispersion of graphene oxide with a concentration of 0.05 wt. % by sonication in water, followed by introduction of n-methyl pyrrolidone, followed by solvothermal reaction in a reflux condenser at 240 ° C for 24h. The long-term stability of the dispersion has not been studied.

Допълнително е известен патент [4], в които е описан метод за получаване на стабилна колоидна дисперсия на графитен оксид, който включва разбъркване на водна дисперсия от 1 до 5 часа, последващо филтруване на недиспергираните частици, последваща хидротермална редукция в съд под налягане при температури между 120 и 170 0 С. Концентрацията на минерален графитен оксид в тези дисперсии е ограничена до 0,5 тегл. %. Дългосрочната стабилност на тези дисперсии не е изследвана.Additionally, a patent is known [4], which describes a method for preparing a stable colloidal dispersion of graphite oxide, which comprises stirring an aqueous dispersion for 1 to 5 hours, then filtering the undispersed particles, followed by hydrothermal reduction in a pressure vessel at temperatures. between 120 and 170 0 C. The concentration of mineral graphite oxide in these dispersions is limited to 0.5 wt. %. The long-term stability of these dispersions has not been studied.

В заявка за патент за изобретение [5] е описан метод за получаване на стабилна колоидна дисперсия, който включва получаването на графитен/графенов оксид с окисление в кисела среда на графит, последващата му дисперсия в органичен разтворител, последваща обработка в хомогенизатор при високо налягане и присъствие на частици метален оксид диспергиран във вид на зол, последващо редуциране с помощта на основа или хидразин (12h при 100 0 С). Концентрацията на минерален графитен оксид в тези дисперсии е ограничена до 2 тегл. %. Дългосрочната стабилност на тези дисперсии не е изследвана.A patent application for the invention [5] describes a method for preparing a stable colloidal dispersion which comprises preparing graphite / graphene oxide by oxidation in an acidic medium of graphite, its subsequent dispersion in an organic solvent, subsequent treatment in a high pressure homogenizer and presence of metal oxide particles dispersed in the form of sol, subsequent reduction using a base or hydrazine (12h at 100 0 C). The concentration of graphite mineral oxide in these dispersions is limited to 2 wt. %. The long-term stability of these dispersions has not been studied.

Въз основа на горното се установява, че съществуващите недостатъци на известните от състоянието на техниката технически решения по отношение на получаването на стабилни във времето колоидни дисперсии на графенов оксид са свързани с нуждата от използване на 1.) повърхностно активни вещества или дисперсанти, които обаче са неподходящи за последваща употреба на дисперсията в състав на полимер; 2.) продължително третиране с ултразвук, което е разрушително за кристалитите на графеновия оксид; 3.) филтруване, което налага долна граница на размера на частиците графенов оксид, т.е. оставя по-големите, 3 които имат тенденция да се утаяват; 4.) солво- или хидро- термални реакции при висока температура и налягане в присъствие на редукционна среда, което крие производствени рискове от експлоатация на съдове под налягане; 5.) невъзможност да се постигнат концентрации по-големи от 3 тегл % в органичен разтворител или водна среда.Based on the above, it is found that the existing shortcomings of the technical solutions known from the prior art in terms of obtaining time-stable colloidal dispersions of graphene oxide are related to the need to use 1.) surfactants or dispersants, which, however, are unsuitable for subsequent use of the dispersion in a polymer composition; 2.) prolonged treatment with ultrasound, which is destructive to graphene oxide crystallites; 3.) filtration, which imposes a lower limit on the particle size of graphene oxide, ie. leaves the larger ones, 3 which tend to settle; 4.) solvo- or hydro-thermal reactions at high temperature and pressure in the presence of a reducing medium, which hides production risks from the operation of pressure vessels; 5.) inability to achieve concentrations greater than 3% by weight in an organic solvent or aqueous medium.

III. Техническа същност на изобретениетоIII. Technical essence of the invention

Предмет на изобретението е да се осигури метод за получаване на стабилна колоидна дисперсия на графенов оксид в органичен разтворител или водна среда с концентрация за предпочитане по-голяма от 3 тегл % и колоидна дисперсия, получена по метода, с които да се преодоляват недостатъчите от предшестващото състояние на техниката свързани с получаването на стабилни във времето колоидни дисперсии на графенов оксид. Така поставената задача се постига съгласно настоящото разкритие и приложените към него патентни претенции посредством използването на синтетичен графенов оксид, който се различава от минералния (с произход от химическо ексфолиране на графит) по това, че е функционализиран само и единствено с хидроксилни групи, които в подходящ разтворител (силно изразени алкални свойства, т.е. акцептор на протони според теорията на Брьонстед и Лоури) се депротонират, т.е. действат киселинно като донор на протони. Така частиците синтетичен графенов оксид се зареждат с едноименен електрически заряд (отрицателен) и взаимно се отблъскват, създавайки стабилна във времето колоидна дисперсия. Утаяването на синтетичния графенов оксид в подходящата среда е невъзможна в резултат от ефекта на Дорн, а именно утаяването на електрически заредените частици синтетичен графенов оксид на дъното на съда създава електростатичен потенциал, който спира по-нанатъшното утаяване и създаване на утайка. В резултат от това разбиране, е възможно създаването на стабилна във времето (в продължение на повече от 2 месеца) колоидна дисперсия на синтетичен графенов оксид с концентрация дори до и над 5 тегл %. Възстановяването на колоидната дисперсия след престой от повече от 2 месеца е възможно с няколко минутно ръчно разбъркване или разклащане.It is an object of the invention to provide a method for producing a stable colloidal dispersion of graphene oxide in an organic solvent or aqueous medium with a concentration preferably greater than 3% by weight and a colloidal dispersion obtained by the method to overcome the disadvantages of the preceding state of the art related to the production of time-stable colloidal dispersions of graphene oxide. The object thus set is achieved according to the present disclosure and the appended claims by the use of a synthetic graphene oxide which differs from the mineral one (originating from the chemical exfoliation of graphite) in that it is functionalized only with hydroxyl groups which in a suitable solvent (strongly alkaline properties, ie proton acceptor according to the theory of Bronsted and Lowry) are deprotonated, ie. act acidically as a proton donor. Thus, the particles of synthetic graphene oxide are charged with the same electric charge (negative) and repel each other, creating a stable colloidal dispersion over time. The precipitation of the synthetic graphene oxide in the appropriate medium is impossible as a result of the Dorn effect, namely the precipitation of the electrically charged synthetic graphene oxide particles at the bottom of the vessel creates an electrostatic potential that stops further precipitation and sludge formation. As a result of this understanding, it is possible to create a time-stable (for more than 2 months) colloidal dispersion of synthetic graphene oxide with a concentration of up to and above 5% by weight. Restoration of the colloidal dispersion after a stay of more than 2 months is possible with a few minutes of manual stirring or shaking.

По този начин методът съгласно настоящата заявка за патент за получаване на стабилна колоидна дисперсия на графенов оксид в органичен разтворител или водна среда се провежда като в разтворител с ясно изразени алкални свойства, се въвежда сух синтетичен графенов оксид на прах, който се различава от минералния 4 (с произход от химическо ексфолиране на графит) по това, че е функционализиран само и единствено с хидроксилни групи, които в подходящ разтворител (силно изразени алкални свойства, т.е. акцептор на протони според теорията на Брьонстед и Лоури) се депротонират, т.е. действат киселинно като донор на протони. Без други манипулации, следва престой в продължение на 24ч. и 168ч. В този период синтетичният графенов оксид преминава самоволно в стабилно колоидно състояние. За предпочитане разтворителят с ясно изразени алкални свойства е избран от групата органичен разтворител и водо- базиран разтворител.Thus, the process according to the present patent application for obtaining a stable colloidal dispersion of graphene oxide in an organic solvent or aqueous medium is carried out as in a solvent with pronounced alkaline properties, dry synthetic graphene oxide powder is introduced, which differs from the mineral 4 (originating from chemical exfoliation of graphite) in that it is functionalized only with hydroxyl groups, which in a suitable solvent (strongly expressed alkaline properties, ie proton acceptor according to the theory of Bronsted and Lowry) are deprotonated, t .е. act acidically as a proton donor. Without other manipulations, there is a stay for 24 hours. and 168h. During this period, the synthetic graphene oxide spontaneously passes into a stable colloidal state. Preferably, the solvent with pronounced alkaline properties is selected from the group consisting of an organic solvent and a water-based solvent.

За предпочитане разтворителят с ясно изразени алкални свойства е един или повече от групата, състояща се от: диметилсулфоксид, 1-метил-2- пиролидон, диметилформамид, 25% до 32%-ен воден разтвор на амоняк, воден разтвор на натриев хидроксид или калиев хидроксид.Preferably the solvent with pronounced alkaline properties is one or more of the group consisting of: dimethyl sulfoxide, 1-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, 25% to 32% aqueous ammonia solution, aqueous sodium hydroxide solution or potassium hydroxide.

Допълнително за предпочитане разтворителят с ясно изразени алкални свойства е 0.1 до 5 % -ен воден разтвор на натриев и/или калиев хидроксид.Additionally, preferably the solvent with pronounced alkaline properties is 0.1 to 5% aqueous sodium and / or potassium hydroxide solution.

Още по-предпочетено разтворителят с ясно изразени алкални свойства е смес в съотношение 1:1 на диметилформамид и диметилсулфоксид.Even more preferably, the solvent with pronounced alkaline properties is a 1: 1 mixture of dimethylformamide and dimethyl sulfoxide.

Разтворителят с ясно изразени алкални свойства допълнително се предпочита да е смес 1:1 на диметилформамид и 1-метил-2-пиролидон.The solvent with pronounced alkaline properties is further preferably preferred as a 1: 1 mixture of dimethylformamide and 1-methyl-2-pyrrolidone.

В още едно предпочитано изпълнение на метода, съгласно настоящата заявка за патент е разтворителят с ясно изразени алкални свойства да е смес на диметилформамид и 5%-ен воден разтвор на калиев хидроксид.In another preferred embodiment of the method according to the present patent application, the solvent with pronounced alkaline properties is a mixture of dimethylformamide and 5% aqueous potassium hydroxide solution.

Стабилната колоидна дисперсия на графенов оксид, получена по метода, от настоящото разкритие е със съдържание на 0.1% до 10% синтетичен графенов оксид.The stable colloidal dispersion of graphene oxide obtained by the method of the present disclosure contains 0.1% to 10% synthetic graphene oxide.

Основно предимство на методът съгласно настоящата заявка за патент е отпадналата нужда от обработка, т.е. разходи за машини и консумативи, включително рискове при експлоатацията им, за създаване на стабилна колоидна дисперсия. Друго предимство е възможността да се постигнат концентрации на армиращия агент по-големи от 3 тегл %. Трето предимство е редукция на експозиционния риск (вдишването на потенциално канцерогенни пари от органични разтворители) за работещите посредством намаляване на необходимото за обработка време. След въвеждане на синтетичния графенов оксид в съда с подходящия органичен разтворител или смес от разтворители, той се затваря до самоволно достигане до стабилна колоидна дисперсия или нейната употреба. Четвърто предимство е липсата на преципитат, т.е. колоидната дисперсия създадена 5 по описания начин има хомогенна плътност и взимането на аликвота, от която и да е част на нейния обем съдържа еднаква концентрация синтетичен графенов оксид.The main advantage of the method according to the present patent application is the eliminated need for processing, ie. costs for machines and consumables, including risks in their operation, to create a stable colloidal dispersion. Another advantage is the ability to achieve reinforcing agent concentrations greater than 3% by weight. A third advantage is the reduction of exposure risk (inhalation of potentially carcinogenic vapors from organic solvents) for workers by reducing the time required for processing. After introducing the synthetic graphene oxide into the vessel with the appropriate organic solvent or mixture of solvents, it is closed until a stable colloidal dispersion is reached or used. A fourth advantage is the lack of precipitate, ie. the colloidal dispersion created 5 as described has a homogeneous density and the taking of an aliquot of any part of its volume contains the same concentration of synthetic graphene oxide.

V. Примери за изпълнение на изобретениетоV. Examples of the invention

Изложеният по-горе механизъм за създаване на стабилна колоидна дисперсия на синтетичен графенов оксид съгласно изобретението се пояснява с дадените по-долу примери:The above-mentioned mechanism for creating a stable colloidal dispersion of synthetic graphene oxide according to the invention is illustrated by the following examples:

Пример 1:Example 1:

В реакторно шише се оставя да престои 3 дни следната смес:Leave the following mixture in the reactor flask for 3 days:

- 99 ml Ν,Ν-диметилформамид (DMF), g синтетичен графенов оксид, както е определен в техническата същност и чиито частици имат нано размери, а именно дебелина 1.2 nm и диаметър не по-малък от 4 nm и не по-голям от 1000 nm.- 99 ml of N, N-dimethylformamide (DMF), g of synthetic graphene oxide, as defined in the technical essence and whose particles have nano dimensions, namely a thickness of 1.2 nm and a diameter of not less than 4 nm and not more than 1000 nm.

В края на посочения времеви период първоначално прозрачния разтвор с частици графенов оксид на дъното се е превърнал в хомогенно оцветена черна непрозрачна дисперсия, която след обръщане на шишето е видно, че няма утайка.At the end of this time period, the initially clear solution with graphene oxide particles at the bottom turned into a homogeneously colored black opaque dispersion, which after inversion of the bottle showed that there was no precipitate.

Пример 2:Example 2:

В реакторно шише се оставя да престои 10 дни следната смес:Leave the following mixture in the reactor flask for 10 days:

- 95 ml Ν,Ν-диметилформамид (DMF),- 95 ml of N, N-dimethylformamide (DMF),

- 5 g синтетичен графенов оксид, както е определен в техническата същност и чиито частици имат нано размери, а именно дебелина 1.2 nm и диаметър не по-малък от 4 nm и не по-голям от 1000 nm.- 5 g of synthetic graphene oxide as defined in the technical essence and whose particles have nano dimensions, namely a thickness of 1.2 nm and a diameter of not less than 4 nm and not more than 1000 nm.

В края на посочения времеви период първоначално прозрачния разтвор с частици графенов оксид на дъното се е превърнал в хомогенно оцветена черна непрозрачна дисперсия, която след обръщане на шишето е видно, че няма утайка.At the end of this time period, the initially clear solution with graphene oxide particles at the bottom turned into a homogeneously colored black opaque dispersion, which after inversion of the bottle showed that there was no precipitate.

Пример 3:Example 3:

В реакторно шише се оставя да престои 5 дни следната смес:Leave the following mixture in the reactor flask for 5 days:

- 98 ml диметил сулфоксид (DMSO), g синтетичен графенов оксид, както е определен в техническата същност и чиито частици имат нано размери, а именно дебелина 1.2 nm и диаметър не по-малък от 4 nm и не по-голям от 1000 nm.- 98 ml of dimethyl sulphoxide (DMSO), g of synthetic graphene oxide, as defined in the technical essence and whose particles have nano dimensions, namely a thickness of 1.2 nm and a diameter of not less than 4 nm and not more than 1000 nm.

В края на посочения времеви период първоначално прозрачния разтвор с частици графенов оксид на дъното се е превърнал в хомогенно оцветена черна непрозрачна дисперсия, която след обръщане на шишето е видно, че няма утайка.At the end of this time period, the initially clear solution with graphene oxide particles at the bottom turned into a homogeneously colored black opaque dispersion, which after inversion of the bottle showed that there was no precipitate.

Пример 4:Example 4:

В реакторно шише се оставя да престои 2 часа следната смес:Leave the following mixture in the reactor flask for 2 hours:

- 98 ml 25%-ен воден разтвор на амоняк,- 98 ml of 25% aqueous ammonia solution,

- 2 g синтетичен графенов оксид, както е определен в техническата същност и чиито частици имат нано размери, а именно дебелина 1.2 nm и диаметър не по-малък от 4 nm и не по-голям от 1000 nm.- 2 g of synthetic graphene oxide as defined in the technical essence and whose particles have nano dimensions, namely a thickness of 1.2 nm and a diameter of not less than 4 nm and not more than 1000 nm.

В края на посочения времеви период първоначално прозрачния разтвор с частици графенов оксид на дъното се е превърнал в хомогенно оцветена черна непрозрачна дисперсия, която след обръщане на шишето е видно, че няма утайка.At the end of this time period, the initially clear solution with graphene oxide particles at the bottom turned into a homogeneously colored black opaque dispersion, which after inversion of the bottle showed that there was no precipitate.

Литературни източници:Literature sources:

[1] S. Park et.al., Colloidal Suspensions of Highly Reduced Graphene[1] S. Park et al., Colloidal Suspensions of Highly Reduced Graphene

Oxide in a Wide Variety of Organic Solvents, Nano Lett., 2009, 9 (4), 1593-1597Oxide in a Wide Variety of Organic Solvents, Nano Lett., 2009, 9 (4), 1593-1597

[2] I. Paredes et.al., Graphene Oxide Dispersions in Organic Solvents, Langmuir 2008, 24, 10560-10564[2] I. Paredes et al., Graphene Oxide Dispersions in Organic Solvents, Langmuir 2008, 24, 10560-10564

[3] S. Dubin et.al., A One-Step, Solvothermal Reduction Method for Producing[3] S. Dubin et al., A One-Step, Solvothermal Reduction Method for Producing

Reduced Graphene Oxide Dispersions in Organic Solvents, ACS Nano. 2010 July 27; 4(7): 3845-3852Reduced Graphene Oxide Dispersions in Organic Solvents, ACS Nano. 2010 July 27; 4 (7): 3845-3852

[4] US9548494B2, Stable dispersions of single and multiple graphene layers in solution[4] US9548494B2, Stable dispersions of single and multiple graphene layers in solution

[5] KR20120039799A, Stable dispersion of reduced graphene oxide and its reduced graphene oxide solution[5] KR20120039799A, Stable dispersion of reduced graphene oxide and its reduced graphene oxide solution

Claims (8)

ПАТЕНТНИ’претенцииPATENT CLAIMS 1. Метод за получаване на стабилна наноразмерна колоидна дисперсия на графенов оксид, характеризиращ се с това, че към разтворител, с ясно изразени алкални свойства, се добавя сух синтетичен графенов оксид на прах, чиито частици имат нано размери, а именно дебелина 1.2 nm и диаметър не по-малък от 2 nm и не по-голям от 1000 nm, който е функционализиран само и единствено с хидроксилни групи, така получената смес се оставя да престои в продължение на 24h и 168h, което позволява депротониране на хидроксилните групи, което води до самоволно преминаване на синтетичният графенов оксид в стабилно колоидно състояние.A method for producing a stable nanosized colloidal dispersion of graphene oxide, characterized in that dry synthetic graphene oxide powder, the particles of which have nano dimensions, namely a thickness of 1.2 nm, is added to a solvent having clearly defined alkaline properties. diameter not less than 2 nm and not more than 1000 nm, which is functionalized only with hydroxyl groups, so the resulting mixture is left to stand for 24h and 168h, which allows deprotonation of the hydroxyl groups, which leads to the spontaneous transition of the synthetic graphene oxide to a stable colloidal state. 2. Метод, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че разтворителят с ясно изразени алкални свойства е избран от един или повече от органичен разтворител и водо- базиран разтворител.Process according to Claim 1, characterized in that the solvent with pronounced alkaline properties is selected from one or more of an organic solvent and a water-based solvent. 3. Метод, съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че разтворителят с ясно изразени алкални свойства е един или повече от групата, състояща се от: диметилсулфоксид, 1-метил-2- пиролидон, диметилформамид, 25% до 32%-ен воден разтвор на амоняк, воден разтвор на натриев хидроксид или калиев хидроксид.Process according to Claim 2, characterized in that the solvent with pronounced alkaline properties is one or more of the group consisting of: dimethyl sulfoxide, 1-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, 25% to 32% aqueous ammonia solution, aqueous sodium hydroxide solution or potassium hydroxide. 4. Метод, съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че разтворителят с ясно изразени алкални свойства е 0.1 до 5 %-ен воден разтвор на натриев и/ или калиев хидроксид.Process according to Claim 3, characterized in that the solvent with pronounced alkaline properties is a 0.1 to 5% aqueous solution of sodium and / or potassium hydroxide. 5. Метод, съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че разтворителят с ясно изразени алкални свойства е смес в съотношение 1:1 на диметилформамид и диметилсулфоксид.Process according to Claim 2, characterized in that the solvent with pronounced alkaline properties is a 1: 1 mixture of dimethylformamide and dimethylsulfoxide. 6. Метод, съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че разтворителят с ясно изразени алкални свойства е смес 1:1 на диметилформамид и 1-метил-2пиролидон.Process according to Claim 2, characterized in that the solvent with pronounced alkaline properties is a 1: 1 mixture of dimethylformamide and 1-methyl-2-pyrrolidone. 7.7. Метод, съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че разтворителят с ясно изразени алкални свойства е смес на диметилформамид и 5%-ен калиев хидроксид като органичен разтворител.Process according to Claim 2, characterized in that the solvent with pronounced alkaline properties is a mixture of dimethylformamide and 5% potassium hydroxide as organic solvent. 8. Стабилна колоидна дисперсия на графенов оксид, характеризираща с това, че е получена по метода, съгласно претенция 1-7 и със съдържание на 0.1% до 10% синтетичен графенов оксид.Stable colloidal dispersion of graphene oxide, characterized in that it is obtained by the method according to claims 1-7 and with a content of 0.1% to 10% synthetic graphene oxide.
BG112833A 2018-11-07 2018-11-07 Stable colloid dispersion of nanosized synthetic graphene oxide BG67375B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG112833A BG67375B1 (en) 2018-11-07 2018-11-07 Stable colloid dispersion of nanosized synthetic graphene oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG112833A BG67375B1 (en) 2018-11-07 2018-11-07 Stable colloid dispersion of nanosized synthetic graphene oxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG112833A true BG112833A (en) 2020-05-29
BG67375B1 BG67375B1 (en) 2021-10-15

Family

ID=74855929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG112833A BG67375B1 (en) 2018-11-07 2018-11-07 Stable colloid dispersion of nanosized synthetic graphene oxide

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG67375B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG67375B1 (en) 2021-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Fabrication and mechanical properties of carbon fiber/epoxy nanocomposites containing high loadings of noncovalently functionalized graphene nanoplatelets
JP6537553B2 (en) Large scale production of graphene oxide for industrial applications
Wang et al. Boron nitride nanosheets: large-scale exfoliation in methanesulfonic acid and their composites with polybenzimidazole
Hu et al. Effect of interfacial interaction between graphene oxide derivatives and poly (vinyl chloride) upon the mechanical properties of their nanocomposites
Yang et al. Compatibilization of immiscible nylon 6/poly (vinylidene fluoride) blends using graphene oxides
Gantayat et al. Mechanical properties of functionalized multiwalled carbon nanotube/epoxy nanocomposites
Hussein et al. Fabrication of EPYR/GNP/MWCNT carbon-based composite materials for promoted epoxy coating performance
Xuan et al. Sodium alginate-assisted exfoliation of MoS2 and its reinforcement in polymer nanocomposites
EP2266786A1 (en) Manufacturing composite materials from nano-composites
KR101979575B1 (en) Graphite oxide reinforced fibers in a host such as concrete or asphalt
Wei et al. Dichlorobenzene: an effective solvent for epoxy/graphene nanocomposites preparation
Mahesh et al. Synthesis and characterization of organomodified Na-MMT using cation and anion surfactants
Zhu et al. Study on dispersion of reduced graphene oxide on physical performance of Polyvinylidene fluoride composites by Hansen solubility parameters
You et al. Interfacial engineering of polypropylene/graphene nanocomposites: improvement of graphene dispersion by using tryptophan as a stabilizer
Kodolov et al. Production and application of metal-carbon nanocomposites
Diggikar et al. Unusual morphologies of reduced graphene oxide and polyaniline nanofibers-reduced graphene oxide composites for high performance supercapacitor applications
Vanyorek et al. Nanotubes as polymer composite reinforcing additive materials–A comparative study
Maurya et al. A review: Impact of surface treatment of nanofillers for improvement in thermo mechanical properties of the epoxy based nanocomposites
JP2012067277A (en) Asphalt material and method for producing the asphalt material
Chen et al. Dispersing boron nitride nanosheets with carboxymethylated cellulose nanofibrils for strong and thermally conductive nanocomposite films with improved water-resistance
Al Islam et al. Morphology, thermal stability, electrical, and mechanical properties of graphene incorporated poly (vinyl alcohol)-gelatin nanocomposites
JP2010013312A (en) Carbon nanotube dispersant, carbon nanotube dispersion, and method for producing the same
JP5725799B2 (en) Nanocarbon aqueous dispersion, method for producing the same, and nanocarbon-containing structure
Rausch et al. Surfactant assisted processing of carbon nanotube/polypropylene composites: Impact of surfactants on the matrix polymer
BG112833A (en) Stable colloid dispersion of nanosized synthetic graphene oxide