BR112019018045A2 - Método para a fabricação de óxido de grafeno, grafite, óxido de grafeno e uso de óxido de grafeno - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a um método para a fabricação de óxido de grafeno a partir de grafite kish.
Description
“MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE ÓXIDO DE GRAFENO, GRAFITE, ÓXIDO DE GRAFENO E USO DE ÓXIDO DE GRAFENO
Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de óxido de grafeno a partir de grafite Kish. Em particular, o óxido de grafeno terá aplicações em indústrias de metal, incluindo indústrias de aço, alumínio, aço inoxidável, cobre, ferro, ligas de cobre, titânio, cobalto, compósito metálico, níquel, por exemplo, como revestimento ou como um reagente de resfriamento.
Antecedentes da Invenção [002] O grafite Kish é um subproduto gerado no processo de fabricação de aço, especialmente durante o processo de alto-forno ou processo de fabricação de aço. De fato, o grafite Kish geralmente é produzido na superfície livre do ferro fundido durante seu resfriamento. Ele vem do ferro fundido a 1300 a 1500sC, que é resfriado a uma taxa de resfriamento entre 0,40sC/min e 25sC/h quando transportado no carro torpedo ou em taxas de resfriamento maiores durante a transferência da panela de vazamento. Uma extensa tonelagem de grafite Kish é produzida anualmente em uma planta siderúrgica.
[003] Uma vez que o grafite Kish compreende uma grande quantidade de carbono, geralmente acima de 50%, em peso, ele é um bom candidato para produzir materiais a base de grafeno. Geralmente, materiais à base de Grafeno incluem: grafeno, óxido de grafeno, óxido de grafeno reduzido ou nanografite.
[004] O óxido de grafeno é composto de uma ou algumas camadas de folhas de grafeno contendo grupos funcionais oxigenados. Graças às suas propriedades interessantes, como uma alta condutividade térmica e alta condutividade elétrica, o óxido de grafeno tem muitas aplicações, conforme mencionado acima. Além disso, a presença de grupos funcionais oxigenados
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2/14 torna-o hidrofílico e, portanto, pode ser facilmente disperso em água.
[005] Geralmente, o óxido de grafeno sintetizado é baseado no método de Hummer, que compreende as seguintes etapas:
a criação de uma mistura de grafite Kish, nitrato de sódio e ácido sulfúrico, a adição de permanganato de sódio como agente de oxidação para oxidar grafite em óxido de grafite e a esfoliação mecânica de óxido de grafite em monocamadas ou algumas camadas de óxido de grafeno.
[006] A patente KR 101109961 divulga um método de fabricação de grafeno, que compreende:
uma etapa de pré-tratamento de grafite Kish, uma etapa de fabricação de óxido de grafite, oxidando um grafite Kish pré-tratado com uma solução ácida;
uma etapa de fabricação de óxido de grafeno, esfoliando o óxido de grafite e uma etapa de fabricação de óxido de grafeno reduzido, reduzindo o óxido de grafeno com um agente de redução.
[007] Nesta patente coreana, o pré-tratamento de grafite Kish compreende: um processo de lavagem, um processo de purificação com o uso de uma composição de pré-tratamento químico e um processo de separação mecânica (separação por tamanho). Após o processo de purificação, o grafite Kish purificado é separado por tamanho, o grafite Kish tendo um tamanho de partícula de 40 mesh ou menor, isto é, 420 pm ou menor, é mantido para a fabricação de óxido de grafeno.
[008] No entanto, o pré-tratamento de grafite Kish compreende 2 etapas, com o uso de uma composição química: a etapa de lavagem e o processo da etapa de purificação. No exemplo da patente KR 101109961, a
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3/14 etapa de lavagem é realizada com uma solução aquosa que compreende água, ácido clorídrico e ácido nítrico. Em seguida, o processo de purificação é realizado com uma composição de pré-tratamento que compreende um agente quelante, um removedor de óxido de ferro, um tensoativo, um dispersante de polímero aniônico e não iônico e água destilada. Em escala industrial, dois tratamentos químicos são difíceis de gerenciar, visto que um lote de resíduos químicos a ser tratado e a estabilidade dessa composição é difícil de controlar. Além disso, a composição de pré-tratamento precisa de um longo tempo de preparação. A produtividade é, portanto, reduzida. Finalmente, o pré-tratamento de grafite Kish, incluindo o processo de purificação com o uso da composição de pré-tratamento não é ambientalmente amigável.
[009] A patente KR 10-1382964 divulga um método para separar grafite kish que compreende as seguintes etapas:
uma etapa de classificação e seleção para classificar subprodutos do processo de fabricação de aço e seleção de amostras contendo grafite kish que têm uma determinada variação de tamanhos de partículas;
uma etapa de triagem de flotação para tornar as amostras contendo grafite kish em uma solução aquosa e separação de amostras de grafite kish que flutuam na porção superior da solução aquosa;
uma etapa de esmagamento para esmagar a amostra de grafite kish separada para remover partículas de ferro e óxido de ferro na amostra; e uma etapa de separação e coleta para a separar e esmagar a amostra de grafite kish esmagada das partículas de ferro e óxido de ferro.
[010] No entanto, realizando a etapa de esmagamento, sendo um processo mecânico ou físico, há um risco de danificar as camadas de grafite Kish e, portanto, a qualidade do óxido de grafeno. Além disso, nos Exemplos, a pureza do grafite Kish é no máximo de 90%. Finalmente, nesta patente, uma
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4/14 etapa de oxidação é realizada sobre o grafite kish pré-tratado com o uso de um ácido forte concentrado. De fato, nos Exemplos, a etapa de oxidação é realizada com ácido sulfúrico ou ácido sulfúrico fumante tendo uma concentração ao redor de 100%. A etapa de oxidação é muito perigosa para pessoas humanas e difícil de gerenciar em escala industrial.
Descrição da Invenção [011] O propósito da invenção é fornecer um método fácil de implementar para a fabricação de óxido de grafeno de grafite Kish de alta pureza. Em particular, o objeto é fornecer um método ambientalmente amigável para obter óxido de grafeno tendo boa qualidade.
[012] Isto é obtido fornecendo um método de acordo com a reivindicação 1. O método também pode compreender quaisquer características das reivindicações 2 a 18, tomadas isoladamente ou em combinação.
[013] A invenção também abrange grafite Kish pré-tratado de acordo com a reivindicação 19.
[014] A invenção também abrange óxido de Grafeno de acordo com a reivindicação 20.
[015] A invenção também abrange o uso de óxido de grafeno obtenível para a deposição sobre um substrato metálico de acordo com a reivindicação 21.
[016] Por último, a invenção abrange o uso de óxido de grafeno como um reagente de resfriamento de acordo com a reivindicação 22.
[017] Os seguintes termos são definidos:
óxido de grafeno significa uma ou algumas camadas de grafeno que compreendem pelo menos 25%, em peso, de grupos funcionais oxigenados, grupos funcionais oxigenados significa grupos cetona, grupos carboxila, grupos epóxi e grupos hidroxila e
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Uma etapa de flotação significa um processo para separar seletivamente grafite Kish que é material hidrofóbico de materiais hidrofílicos.
[018] Outras características e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada da invenção.
[019] Para ilustrar a invenção, várias realizações e testes de exemplos não limitantes serão descritos, particularmente com referência às Figuras a seguir:
[020] A Figura 1 ilustra um exemplo de uma camada de óxido de grafeno de acordo com a presente invenção.
[021 ] A Figura 2 ilustra um exemplo de algumas camadas de óxido de grafeno de acordo com a presente invenção.
[022] A invenção refere-se a um método para a fabricação de óxido de grafeno a partir de grafite kish, compreendendo:
A. A provisão de grafite kish,
B. Uma etapa de pré-tratamento do dito grafite kish que compreende as seguintes subetapas sucessivas:
i. Uma etapa de peneiramento em que o grafite kish é classificado por tamanho da seguinte forma:
a) Grafite kish tendo um tamanho abaixo de 50 pm,
b) Grafite kish tendo um tamanho acima ou igual a 50 pm, a fração a) de grafite kish tendo um tamanho abaixo de 50 pm é removida, ii. Uma etapa de flotação com a fração b) de grafite kish tendo um tamanho acima ou igual a 50 pm, iii. Uma etapa de lixiviação ácida em que um ácido é adicionado de modo que a razão, em peso, (quantidade de ácido)/(quantidade de grafite kish) está entre 0,25 e 1,0, iv. Opcionalmente, o grafite kish é lavado e seco e
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C. Uma etapa de oxidação do grafite kish pré-tratado obtida após a etapa B) a fim de obter óxido de grafeno.
[023] Sem querer se ater a qualquer teoria, parece que o método de acordo com a presente invenção permite a produção de óxido de grafeno tendo boa qualidade a partir de grafite Kish pré-tratado de alta pureza. De fato, o grafite kish obtido após a etapa B) tem um grau de pureza de pelo menos 90%. Além disso, o pré-tratamento da etapa B) é fácil para implementar em escala industrial e é mais ambientalmente amigável do que os métodos convencionais.
[024] Preferencialmente, na etapa A), o grafite Kish é um resíduo do processo de fabricação de aço. Por exemplo, ele pode ser encontrado na planta de alto-forno, em uma planta de fabricação de ferro, no carro torpedo e durante a transferência da panela de vazamento.
[025] Na etapa B.i), a etapa de peneiramento pode ser realizada com uma máquina de peneiramento.
[026] Após o peneiramento, a fração a) de grafite Kish tendo um tamanho abaixo de 50 pm é removida. De fato, sem querer se ater a qualquer teoria, acredita-se que o grafite kish tendo um tamanho abaixo de 50 pm contém uma quantidade muito pequena de grafite, por exemplo, inferior a 10%.
[027] Preferencialmente na etapa B.ii), a etapa de flotação é realizada com um reagente de flotação em uma solução aquosa. Por exemplo, o reagente de flotação é um formador de espuma selecionado entre: metil isobutil carbinol (MIBC), óleo de pinho, poliglicóis, xilenol, S-benzil-S’-n-butil tritiocarbonato, S,S’-dimetil-tritiocarbonato e S-etil-S’-metil-tritiocarbonato. Vantajosamente, a etapa de flotação é realizada com o uso de um dispositivo de flotação.
[028] Preferencialmente, na etapa B.i), a fração a) de grafite kish tendo um tamanho abaixo de 55 pm é removida e na etapa B.ii), a fração b) de grafite kish tem um tamanho acima ou igual a 55 pm. Mais preferencialmente, na
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7/14 etapa B.i), a fração a) de grafite kish tendo um tamanho abaixo de 60 pm é removida e em que na etapa B.ii), a fração b) de grafite kish tem um tamanho acima ou igual a 60 pm.
[029] Preferencialmente, nas etapas B.i) e B.ii), a fração b) de grafite kish tem um tamanho abaixo ou igual a 300 pm, qualquer fração de grafite kish tendo um tamanho acima de 300 pm é removida antes da etapa B.ii).
[030] Mais preferencialmente, nas etapas B.i) e B.ii), a fração b) de grafite kish tem um tamanho abaixo ou igual a 275 pm, qualquer fração de grafite kish tendo um tamanho acima de 275 pm é removida antes da etapa B.ii).
[031 ] Vantajosamente, nas etapas B.i) e B.ii), a fração b) de grafite kish tem um tamanho abaixo ou igual a 250 pm, qualquer fração de grafite kish tendo um tamanho acima de 250 pm é removida antes da etapa B.ii).
[032] Na etapa B.iii), a razão, em peso, (quantidade de ácido)/(quantidade de grafite kish) está entre 0,25 e 0,8. Por exemplo, a razão, em peso, (quantidade de ácido)/(quantidade de grafite kish) está entre 0,4 e 1,0, entre 0,4 e 0,9, ou entre 0,4 e 1. De fato, sem querer se ater a qualquer teoria, parece que se a razão (quantidade de ácido)/(quantidade de grafite kish) estiver abaixo da faixa da presente invenção, há um risco de que o grafite kish compreenda muitas impurezas. Além disso, acredita-se que se a razão (quantidade de ácido)/(quantidade de grafite kish) estiver acima da faixa da presente invenção, há um risco de que uma enorme quantidade de resíduos químicos seja gerada.
[033] Preferencialmente, na etapa B.iii), o ácido é selecionado entre os seguintes elementos: ácido clorídrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido nítrico ou uma mistura dos mesmos.
[034] O grafite kish pré-tratado obtido após a etapa B) do método de acordo com a presente invenção tem um tamanho acima ou igual a 50 pm. O grafite kish pré-tratado tem um alto grau de pureza, isto é, pelo menos de 90%.
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Além disso, o grau de cristalinidade é aprimorado em comparação aos métodos convencionais, permitindo maior condutividade térmica e elétrica e, portanto, maior qualidade.
[035] Preferencialmente, a etapa C) compreende as seguintes subetapas:
i. A preparação de uma mistura que compreende o grafite kish pré-tratado, um ácido e, opcionalmente, nitrato de sódio, a mistura sendo mantida a uma temperatura abaixo de 5SC, ii. A adição de um agente oxidante na mistura obtida na etapa C.i), ill. Após o nível alvo de oxidação ser alcançado, a adição de um elemento para interromper a reação de oxidação, iv. Opcionalmente, a separação de óxido de grafite a partir da mistura obtida na etapa C.iii),
v. Opcionalmente, a lavagem do óxido de grafite, vi. Opcionalmente, a secagem do óxido de grafite e vii. A esfoliação em óxido de grafeno.
[036] Preferencialmente, na etapa C.i), o ácido é selecionado entre os seguintes elementos: ácido clorídrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido nítrico ou uma mistura dos mesmos. Em uma realização preferencial, a mistura compreende o grafite kish pré-tratado, [037] Preferencialmente na etapa C.ii), o agente de oxidação é escolhido dentre: permanganato de sódio (ΚΜηθ4), H2O2, Os, H2S2O8, H2SO5, KNO3, NaCIO ou uma mistura dos mesmos. Em uma realização preferencial, 0 agente oxidante é permanganato de sódio.
[038] Então, vantajosamente, na etapa C.iii), 0 elemento usado para interromper a reação de oxidação é escolhido dentre: um ácido, água não desionizada, água desionizada, H2O2 ou uma mistura dos mesmos.
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9/14 [039] Em uma realização preferencial, quando pelo menos dois elementos são usados para interromper a reação, eles são usados sucessivamente ou simultaneamente. Preferencialmente, água desionizada é usada para interromper a reação e, em seguida, H2O2 é usada para eliminar 0 resto do agente oxidante. Em outra realização preferencial, ácido clorídrico é usado para interromper a reação e, em seguida, H2O2 é usada para eliminar 0 resto do agente oxidante. Em outra realização preferencial, H2O2 é usado para interromper a reação e eliminar 0 resto do agente oxidante por esta reação a seguir:
2KMnCU + H2O2+ 3H2SO4 = 2MnSO4 +O2 + K2SO4 + 4H2O.
[040] Sem querer se ater a qualquer teoria, parece que quando 0 elemento para interromper a reação é adicionado na mistura, há um risco de que esta adição seja muito exotérmica, resultando em explosão ou respingos. Dessa forma, preferencialmente na etapa C.iii), 0 elemento usado para interromper a reação é lentamente adicionado na mistura obtida na etapa C.ii). Mais preferencialmente, a mistura obtida na etapa C.ii) é gradualmente bombeada no elemento usado para interromper a reação de oxidação. Por exemplo, a mistura obtida na etapa C.ii) é bombeada gradualmente na água deionizada para interromper a reação.
[041] Opcionalmente na etapa C.iv), óxido de grafite é separado da mistura obtida na etapa C.iii). Preferencialmente, 0 óxido de grafeno é separado por centrifugação, por decantação ou filtração.
[042] Opcionalmente, na etapa C.v), 0 óxido de grafite é lavado. Por exemplo, 0 óxido de grafeno é lavado com um elemento escolhido entre: água desionizada, água não desionizada, um ácido ou uma mistura dos mesmos. Por exemplo, 0 ácido é selecionado entre os seguintes elementos: ácido clorídrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido nítrico ou uma mistura dos mesmos.
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10/14 [043] Em uma realização preferencial, as etapas C.iv) e C.v) são realizadas sucessivamente, isto é, a etapa C.iv) seguida pela etapa C.v). Em outra realização preferencial, a etapa C.v) é realizada antes da etapa C.iv).
[044] Por exemplo, as etapas C.iv) e C.v) são realizadas pelo menos duas vezes independentemente uma da outra.
[045] Opcionalmente, na etapa C.vi), o óxido de grafite é seco, por exemplo, com ar ou em alta temperatura na condição de vácuo.
[046] Preferencialmente na etapa C.vii), a esfoliação é realizada com o uso de ultrassom ou esfoliação térmica. Preferencialmente, a mistura obtida na etapa C.iii) é esfoliada em uma ou algumas camadas de óxido de grafeno.
[047] Aplicando o método de acordo com a presente invenção, é obtido o óxido de Grafeno tendo um tamanho médio lateral entre 5 e 50 pm, preferencialmente entre 10 e 40 pm e mais preferencialmente entre 20 e 35 pm que compreende pelo menos uma folha de camada.
[048] A Figura 1 ilustra um exemplo de uma camada de óxido de grafeno de acordo com a presente invenção. O tamanho lateral significa o maior comprimento da camada ao longo do eixo X, a espessura significa a altura da camada ao longo do eixo Z e a largura da nanoplaqueta é ilustrada ao longo do eixo Y.
[049] A Figura 2 ilustra um exemplo de algumas camadas de óxido de grafeno de acordo com a presente invenção. O tamanho lateral significa o maior comprimento da camada ao longo do eixo X, a espessura significa a altura da camada ao longo do eixo Z e a largura da nanoplaqueta é ilustrada ao longo do eixo Y.
[050] O óxido de grafeno obtido tem boa qualidade, visto que é produzido a partir de grafite Kish pré-tratado da presente invenção. Além disso, o óxido de grafeno tem uma alta área de superfície específica de 500m2g’1, é
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11/14 facilmente dispersível em água e em outros solventes orgânicos devido à presença das funcionalidades do oxigênio.
[051] Preferencialmente, o óxido de grafeno é depositado sobre aço de substrato metálico para aprimorar algumas propriedades como resistência à corrosão de um substrato metálico.
[052] Em outra realização preferencial, o óxido de grafeno é usado como reagente de resfriamento. De fato, o óxido de grafeno pode ser adicionado a um fluido de resfriamento. Preferencialmente, o fluido de resfriamento pode ser escolhido entre: água, etileno glicol, etanol, óleo, metanol, silicone, propileno glicol, aromáticos alquilados, Ga líquido, In líquido, Sn líquido, formato de potássio e uma mistura dos mesmos. Nesta realização, o fluido de resfriamento é usado para resfriar um substrato metálico.
[053] Por exemplo, o substrato metálico é selecionado dentre: alumínio, aço inoxidável, cobre, ferro, ligas de cobre, titânio, cobalto, compósito metálico, níquel.
[054] A invenção será agora explicada nos testes realizados apenas para informação. Eles não são limitantes.
Exemplos [055] Os Testes 1 e 2 foram preparados fornecendo grafite Kish de uma planta de fabricação de aço. Então, o grafite Kish foi peneirado para ser classificado por tamanho da seguinte forma:
a) Grafite Kish tendo um tamanho abaixo < 63 pm e
b) Grafite kish tendo um tamanho acima ou igual a 63 pm.
A fração a) de grafite Kish tendo um tamanho abaixo de 63 pm foi removida.
[056] Para o Teste 1, foi realizada uma etapa de flotação com a fração b) de grafite Kish tendo um tamanho acima ou igual a 63 pm. A etapa de flotação foi realizada com uma máquina de flotação Humboldt Wedag com MIBC
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12/14 como flotador. As seguintes condições foram aplicadas:
Volume celular (L): 2,
Velocidade do rotor (rpm): 2000,
Concentração de sólido (%): 5 a 10,
Flotador, tipo: MIBC,
Flotador, adição (g/T): 40,
Tempo de condicionamento (s): 10 e
Condições da água: pH natural, temperatura ambiente.
[057] Os Testes 1 e 2 foram então lixiviados com o ácido clorídrico em solução aquosa. Os Testes foram então lavados com água desionizada e secos em ar a 90sC.
[058] Depois, os Testes 1 e 2 foram misturados com nitrato de sódio e ácido sulfúrico em um banho de gelo. O permanganato de potássio foi lentamente adicionado nos Testes 1 e 2. Então, as misturas foram transferidas para o banho de água e mantidas a 35SC por 3h para oxidar o grafite Kish.
[059] Após 3 horas, os Testes foram gradualmente bombeados na água desionizada. A temperatura das misturas foi de 70sC.
[060] Após interromper a reação de oxidação, o calor foi removido e cerca de 10 a 15 mL de H2O2 em solução aquosa foram adicionados até que não houvesse produção de gás e as misturas foram agitadas 10 minutos para eliminar 0 resto de H2O2.
[061] Os Testes foram esfoliados com 0 uso de ultrassom a fim de obter uma ou duas camadas de óxido de grafeno.
[062] Finalmente, 0 óxido de grafeno dos Testes 1 e 2 foi separado da mistura por centrifugação, lavado com água e seco com ar.
[063] O Teste 3 é 0 Exemplo 3 preparado de acordo com 0 método da patente coreana KR 101382964.
[064] O Teste 4 é 0 Exemplo divulgado preparado de acordo com
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13/14 o método da patente coreana KR 101109961.
[065] A Tabela 1 mostra os resultados obtidos com os Testes 1 a
4.
| Método | Teste 1* | Teste 2 | Teste 3 (patente KR 101382964) | Teste 4 (patente KR 101109961) | ||
| Origem do grafite Kish | Planta de fabricação de aço | Planta de fabricação de aço | Processo de fabricação de aço | Subproduto do moinho de aço | ||
| Prétratamen to do grafite Kish | Etapa de peneirame nto | Feito, grafite Kish tendo um tamanho acima ou igual a 63 pm mantido | Feito, grafite Kish tendo um tamanho acima ou igual a 63 pm mantido | Feito, grafite Kish tendo um tamanho médio de partícula entre 0,15 mm e 2 mm | Etapa de lavagem | Feito com uma solução de HCI e HNO3 em água |
| Etapa de flotação | Feito | Não feito | Feito | Processo de purificaçã 0 com 0 uso de uma etapa de composiç ão de Prétratament 0 | Feito com uma solução de prétratamento que compreende sal de EDTA,Na2S O3, tensoativo, dispersante de polímero aniônico e não iônico e água destilada | |
| Etapa de lixiviação ácida | Feito com HCI, razão, em peso,(a quantidade de ácido)/(quantid ade de grafite kish) é de 0,78 | Feito com HCI, razão, em peso,(a quantidade de ácido)/(quantid ade de grafite kish) é de 1,26 | Etapa de separaç ão Mecânic a ou Física | Feito com 0 uso de moinh 0 de esfera s e um ímã | Etapa de separaçã 0 mecânica | Feito, grafite Kish tendo um tamanho abaixo ou igual a 40 mesh, isto é, 420 pm, mantido |
| Pureza do grafite kish pré-tratado | 95% | 74,9% | 90% | Pelo menos 90% | ||
| Etapa de oxidação | Preparação da mistura | Feito com H2SO4 e NaNO3 | Feito com H2SO4 e NaNO3 | Feito com ácido Sulfúrico (104%) | Feito com H2SO4 e NaNO3 | |
| Adição de um agente de oxidação | KMnCU | KMnO4 | KMnO4 | |||
| Elemento | Água seguida | Água seguida | Água seguida por H2O2 |
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| Método | Teste 1* | Teste 2 | Teste 3 (patente KR 101382964) | Teste 4 (patente KR 101109961) | |
| Origem do grafite Kish | Planta de fabricação de aço | Planta de fabricação de aço | Processo de fabricação de aço | Subproduto do moinho de aço | |
| para parar a reação | por H2O2 | por H2O2 | |||
| Estol iação | Ultrassom | Ultrassom | Aquecimento | Ultrassom | |
| Produto obtido | Óxido de grafeno tendo uma média de tamanho Lateral de 20 a 35 pm, com pureza de 99,5% | Óxido de grafeno tendo um tamanho lateral médio de 20 a 35 pm, com pureza de 99,0% | Grafite Kish esfoliado tendo uma área de superfície específica de 128 m2.g-1 | Óxido de grafeno tendo um tamanho médio entre 12 e 20,5 pm e uma espessura média entre 5 e 120 nm |
de acordo com a presente invenção [066] O grafite kish pré-tratado obtido com o Teste 1, isto é, aplicando o método de acordo com a presente invenção, tem um grau de pureza mais alto em comparação com os Testes 2 e 3. Além disso, o método de Teste 1 é ambientalmente mais amigável do que o método usado para o Teste 4. Finalmente, o óxido de grafeno obtido com o Teste 1 tem um alto grau de pureza e alta qualidade.
Claims (19)
- Reivindicações1. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE ÓXIDO DE GRAFENO a partir de grafite kish caracterizado por compreender:A. a provisão de grafite kish,B. uma etapa de pré-tratamento do dito grafite kish que compreende as seguintes subetapas sucessivas:i. uma etapa de peneiramento em que o grafite kish é classificado por tamanho da seguinte forma:a) Grafite kish tendo um tamanho abaixo de 50 pm,b) Grafite kish tendo um tamanho acima ou igual a 50 pm, a fração a) de grafite kish tendo um tamanho abaixo de 50 pm é removida, ii. uma etapa de flotação com a fração b) de grafite kish tendo um tamanho acima ou igual a 50 pm, iii. uma etapa de lixiviação ácida em que um ácido é adicionado de modo que a razão, em peso, (quantidade de ácido)/(quantidade de grafite kish) está entre 0,25 e 1,0, iv. opcionalmente, o grafite kish é lavado e seco eC. uma etapa de oxidação do grafite kish pré-tratado obtida após a etapa B) a fim de obter óxido de grafeno.
- 2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na etapa B.i), a fração a) de grafite kish ter um tamanho abaixo de 55 pm é removida e na etapa B.ii), a fração b) de grafite kish tem um tamanho acima ou igual a 55 pm.
- 3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por na etapa B.i), a fração a) de grafite kish ter um tamanho abaixo de 60 pm é removida e em que na etapa B.ii), a fração b) de grafite kish tem um tamanho acima ou igual a 60 pm.Petição 870190110417, de 30/10/2019, pág. 23/282/4
- 4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por nas etapas B.i) e B.ii), a fração b) de grafite kish ter um tamanho abaixo ou igual a 300 pm, qualquer fração de grafite kish tendo um tamanho acima de 300 pm é removida antes da etapa B.ii).
- 5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por nas etapas B.i) e B.ii), a fração b) de grafite kish ter um tamanho abaixo ou igual a 275 pm, qualquer fração de grafite kish tendo um tamanho acima de 275 pm é removida antes da etapa B.ii).
- 6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por nas etapas B.i) e B.ii), a fração b) de grafite kish ter um tamanho abaixo ou igual a 250 pm, qualquer fração de grafite kish tendo um tamanho acima de 250 pm é removida antes da etapa B.ii).
- 7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por na etapa B.iii), a razão, em peso, (quantidade de ácido)/(quantidade de grafite kish) estar entre 0,25 e 0,9.
- 8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por na etapa B.iii), a razão, em peso, (quantidade de ácido)/(quantidade de grafite kish) estar entre 0,25 e 0,8.
- 9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por na etapa B.iii), o ácido ser selecionado entre os seguintes elementos: ácido clorídrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido nítrico ou uma mistura dos mesmos.
- 10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por a etapa C) compreender as seguintes subetapas:i. a preparação de uma mistura que compreende o grafite kish pré-tratado, um ácido e, opcionalmente, nitrato de sódio, a mistura sendo mantida a uma temperatura abaixo de 5SC, ii. a adição de um agente oxidante na mistura obtida na etapaPetição 870190110417, de 30/10/2019, pág. 24/283/4C.i), iii. após o nível alvo de oxidação ser alcançado, a adição de um elemento para interromper a reação de oxidação, iv. opcionalmente, a separação de óxido de grafite a partir da mistura obtida na etapa C.iii),v. opcionalmente, a lavagem do óxido de grafite, vi. opcionalmente, a secagem do óxido de grafite e vii. a esfoliação em óxido de grafeno.
- 11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por na etapa C.ii), o agente de oxidação ser escolhido dentre: permanganate de sódio, H2O2, O3, H2S2O8, H2SO5, KNO3, NaCIO ou uma mistura dos mesmos.
- 12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 11, caracterizado por na etapa C.iii), 0 elemento usado para interromper a reação de oxidação é escolhido dentre: um ácido, água não desionizada, água desionizada, H2O2 ou uma mistura dos mesmos.
- 13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por quando pelo menos dois elementos serem escolhidos para interromper a reação, eles são usados sucessivamente ou simultaneamente.
- 14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por na etapa C.iii), a mistura obtida na etapa C.ii) ser gradualmente bombeada no elemento usado para interromper a reação de oxidação.
- 15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado por na etapa C.vii), a esfoliação ser realizada com 0 uso de ultrassom ou esfoliação térmica.
- 16. GRAFITE kish pré-tratado, tendo um tamanho lateral acima ou igual a 50 pm, caracterizado por ser obtenível a partir de um método de conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.Petição 870190110417, de 30/10/2019, pág. 25/284/4
- 17. ÓXIDO DE GRAFENO, tendo um tamanho médio lateral entre 5 e 50 pm, caracterizado por compreender pelo menos uma folha de camada obtenível a partir de um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 18.
- 18. USO DE ÓXIDO DE GRAFENO para a deposição sobre um substrato metálico, caracterizado por ser obtenível a partir de um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 17.
- 19. USO DE ÓXIDO DE GRAFENO como um reagente de resfriamento, caracterizado por ser obtenível a partir de um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 17.
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