CN101186808B - 一种石墨系纳米流体的制备方法 - Google Patents

一种石墨系纳米流体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨系纳米流体的制备方法。该方法包括石墨的氧化；表面改性；表面改性石墨氧化物的还原。表面改性是将所得100质量份的石墨氧化物用1-20质量份的表面改性剂处理制备表面改性石墨氧化物；表面改性石墨氧化物的还原是将100质量份产物用1-100质量份的还原剂进行还原后得到表面改性的纳米石墨，最后将纳米石墨用超声分散在分散介质中制备石墨系纳米流体。按本发明的方法能生产具有高导热性能的纳米流体，可替代金刚石系、碳纳米管系、碳-60系等纳米流体，而且本发明的方法具有工艺简单、成本低、原料来源广、产品稳定性好、对换热器无磨损的优点。

Description

一种石墨系纳米流体的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米流体的制备方法，具体涉及一种以石墨为原料，利用氧化-还原法制备石墨系纳米流体的方法。
背景技术
在电力、冶金、化工、空调、运输和微电子等行业中，换热器的应用十分普遍。常用换热工质有水、矿物油、乙二醇等，这些工质的导热系数较低，换热性能较差，已逐渐成为强化传热的主要障碍。
常温下，固体材料如铜的导热系数一般要比纯流体大1-3个数量级(常温下，铜的热导率是水的645倍，机油的2655倍)，因而在流体中加入高导热性能的固体颗粒会明显提高其导热系数。但是，如果悬浮液内的固体颗粒的粒径在微米、毫米级，则颗粒易于沉降，无法形成长期稳定的悬浮液，而且容易引起热交换设备磨损、堵塞等不良后果，难以在工业上得到应用。纳米颗粒悬浮液克服了大颗粒悬浮液的缺点，有利于形成稳定的悬浮液，而且纳米颗粒具有大的比表面积和高的比热容，使悬浮液具有良好的换热能力。研究表明纳米级的金属粒子(如铜、银、金等)、SiC、Al2O3、TiO2、金刚石、碳纳米管、C60等加入水、醇或机油中而制备成的悬浮液的导热系数较纯流体有显著提高，其中以金刚石、碳纳米管、C60构成的纳米流体传热效果最好。金属粒子存在导热性能不够高和腐蚀问题；SiC、Al2O3、TiO2存在导热性能一般和对换热器的磨损问题；金刚石、碳纳米管和C60的高额生产成本则严重限制了它们的应用(金刚石、碳纳米管也同时存在对换热器的磨损问题)。
总之，现有的纳米流体的生产方法存在成本高、引起换热器磨损等问题，无法满足市场迫切需要的能够大批量、低成本生产的高性能纳米流体。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种工艺简单、成本低、原料来源广的石墨系纳米流体的制备方法，本发明的方法以石墨为原料，利用氧化-还原法制备石墨系纳米流体的方法。
本发明通过如下技术实现：
一种石墨系纳米流体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)石墨的氧化：将100质量份的石墨与20-80质量份的硝酸钠加入到1000-5000质量份，冷却到0℃的浓硫酸中，混合均匀后在搅拌下加入100-500质量份的高锰酸钾，加料过程中温度控制在10℃以下，继续搅拌10-60分钟后加入1000-5000质量份的水，使温度上升至60-98℃，在此温度下维持10-30分钟，而后加入1000-8000质量份30-60℃的水与30-300质量份的双氧水，混合均匀后趁热过滤，用水充分洗涤滤饼直至滤液中无硫酸根离子，最后滤饼经40-70℃真空干燥后得到石墨氧化物；
(2)表面改性：将100质量份的步骤(1)所得石墨氧化物用1-20质量份的表面改性剂处理制备表面改性石墨氧化物；
(3)表面改性石墨氧化物的还原：将100质量份步骤(2)所得的产物用1-100质量份的还原剂进行还原后得到表面改性的纳米石墨，最后将纳米石墨用超声分散在分散介质中制备石墨系纳米流体。
所述步骤(2)的表面改性剂为异氰酸酯化合物、有机硅化合物、石油磺酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚萘磺酸盐、聚丙烯酸盐、马来酸与环戊二烯共聚物、马来酸与苯乙烯共聚物、聚丙稀酰胺共聚物、聚氧化乙烯氧化丙稀的共聚物、羧甲基纤维素钠、聚甲基丙烯酸盐、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的混合物。
所述步骤(3)的还原剂为肼、硼氢化物、金属氢化物、次磷酸盐中的一种或多种的混合物。
所述步骤(3)的分散介质为水、醇、油等传统传热介质。
相对于现有技术本发明具有如下优点：
(1)利用氧化-还原法制备石墨系纳米流体，可以打开石墨层间从而得到单层、双层或多层石墨片的分散体，极大地提高了纳米流体的导热性能，同时本发明的方法具有工艺简单、成本低、原料来源广、产品稳定性好、对换热器无磨损的优点。
(2)按本发明的方法能生产性能优异的石墨系纳米流体，可替代金刚石、碳纳米管、C60系纳米流体。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)石墨的氧化：100克天然石墨粉与50克硝酸钠加入到4000克冷却到0℃的98％浓硫酸中，混合均匀后在搅拌下加入300克高锰酸钾，加料过程中温度控制在10℃以下，加料完毕继续搅拌30分钟后加入4500克水，使温度上升至98℃，在此温度下维持15分钟，而后加入7000克40℃的水与210克双氧水，混合均匀后趁热过滤，用水充分洗涤滤饼直至滤液中无硫酸根离子，最后滤饼经50℃真空干燥后得到石墨氧化物；
(2)表面改性：将步骤(1)所得100克石墨氧化物用含有10克的聚苯乙烯磺酸钠，4克聚乙烯吡咯烷酮，4克聚萘磺酸钠、1克石油磺酸钠、1克马来酸与环戊二烯共聚物的400克水溶液，在超声波作用下处理30分钟后制备表面改性石墨氧化物；
(3)表面改性石墨氧化物的还原：在上述水溶液中加入30克水合肼和20克碳酰肼在90℃下反应24小时制备稳定分散的纳米石墨片，通过稀释可得到不同浓度的石墨系纳米流体，其性能如表1所示。
实施例2
(1)石墨的氧化：100克天然石墨粉与20克硝酸钠加入到1000克冷却到0℃的98％浓硫酸中，混合均匀后在搅拌下加入100克高锰酸钾，加料过程中温度控制在10℃以下，加料完毕继续搅拌10分钟后加入1000克水，使温度上升至60℃，在此温度下维持30分钟，而后加入4000克40℃的水与120克双氧水，混合均匀后趁热过滤，用水充分洗涤滤饼直至滤液中无硫酸根离子，最后滤饼经50℃真空干燥后得到石墨氧化物；
(2)表面改性：将步骤(1)所得100克石墨氧化物用含有5克的聚苯乙烯磺酸钠，3克聚萘磺酸钠，1克聚乙烯吡咯烷酮、1克马来酸与苯乙烯共聚物的400克水溶液，在超声波作用下处理60分钟后制备表面改性石墨氧化物；
(3)表面改性石墨氧化物的还原：在上述水溶液中加入10克水合肼和10克碳酰肼在80℃下反应24小时制备稳定分散的纳米石墨片，通过稀释可得到不同浓度的石墨系纳米流体，其性能如表1所示。
实施例3
(1)石墨的氧化：100克天然石墨粉与30克硝酸钠加入到3000克冷却到0℃的98％浓硫酸中，混合均匀后在搅拌下加入200克高锰酸钾，加料过程中温度控制在10℃以下，加料完毕继续搅拌30分钟后加入2000克水，使温度上升至90℃，在此温度下维持30分钟，而后加入4000克40℃的水与90克双氧水，混合均匀后趁热过滤，用水充分洗涤滤饼直至滤液中无硫酸根离子，最后滤饼经70℃真空干燥后得到石墨氧化物；
(2)表面改性：将步骤(1)所得100克石墨氧化物用含有8克的聚苯乙烯磺酸钠，1克聚萘磺酸钠，1克丙稀酰胺共聚物、1克聚乙烯吡咯烷酮的400克水溶液，在超声波作用下处理60分钟后制备表面改性石墨氧化物；
(3)表面改性石墨氧化物的还原：在上述水溶液中加入30克硼氢化钠在80℃下反应24小时制备稳定分散的纳米石墨片，通过稀释可得到不同浓度的石墨系纳米流体，其性能如表1所示。
实施例4
(1)石墨的氧化：100克天然石墨粉与40克硝酸钠加入到3000克冷却到0℃的98％浓硫酸中，混合均匀后在搅拌下加入260克高锰酸钾，加料过程中温度控制在10℃以下，加料完毕继续搅拌30分钟后加入3000克水，使温度上升至90℃，在此温度下维持15分钟，而后加入4000克40℃的水与120克双氧水，混合均匀后趁热过滤，用水充分洗涤滤饼直至滤液中无硫酸根离子，最后滤饼经50℃真空干燥后得到石墨氧化物；
(2)表面改性：将步骤(1)所得100克石墨氧化物用含有5克的聚氧化乙烯氧化丙稀的共聚物、3克聚乙烯吡咯烷酮、2克羧甲基纤维素钠、1克聚苯乙烯磺酸钠，1克聚丙烯酸盐的500克乙二醇溶液，在超声波作用下处理60分钟后制备表面改性石墨氧化物；
(3)表面改性石墨氧化物的还原：在上述乙二醇溶液中加入30克水合肼二苯、20克碳酰二肼、20克二苯碳酰二肼在80℃下反应24小时制备稳定分散的纳米石墨片，通过稀释可得到不同浓度的石墨系纳米流体，其性能如表1所示。
实施例5
(1)石墨的氧化：100克天然石墨粉与30克硝酸钠加入到3000克冷却到0℃的98％浓硫酸中，混合均匀后在搅拌下加入240克高锰酸钾，加料过程中温度控制在10℃以下，加料完毕继续搅拌30分钟后加入4000克水，使温度上升至98℃，在此温度下维持15分钟，而后加入5000克40℃的水与150克双氧水，混合均匀后趁热过滤，用水充分洗涤滤饼直至滤液中无硫酸根离子，最后滤饼经60℃真空干燥后得到石墨氧化物；
(2)表面改性：将步骤(1)所得100克石墨氧化物用含有10克十八烷基异氰酸酯(ODI)、10克苯异氰酸酯(PI)、10克六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1克甲苯二异氰酸酯(TDI)、1克二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、1克甲基氯硅烷、1克苯基氯硅烷的1000克二甲基甲酰胺(DMF)溶液，在超声波作用下处理60分钟后继续在50℃下反应12小时制备表面改性石墨氧化物；
(3)表面改性石墨氧化物的还原：在上述DMF溶液中加入80克二甲基肼在80℃下反应24小时，反应产物过滤后真空干燥制备表面改性纳米石墨，通过分散在导热油(YD300)中可制备油基石墨系纳米流体，其性能如表1所示。
实施例6
(1)石墨的氧化：100克天然石墨粉与50克硝酸钠加入到4000克冷却到0℃的98％浓硫酸中，混合均匀后在搅拌下加入300克高锰酸钾，加料过程中温度控制在10℃以下，加料完毕继续搅拌30分钟后加入4000克水，使温度上升至90℃，在此温度下维持20分钟，而后加入5000克40℃的水与150克双氧水，混合均匀后趁热过滤，用水充分洗涤滤饼直至滤液中无硫酸根离子，最后滤饼经50℃真空干燥后得到石墨氧化物；
(2)表面改性：将步骤(1)所得100克石墨氧化物用含有10克PI、10克HDI、2克TDI、2克MDI，2克聚甲基聚苯异氰酸酯(PAPI)、2克异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)的1000克二甲基甲酰胺(DMF)溶液，在超声波作用下处理60分钟后继续在50℃下反应12小时制备表面改性石墨氧化物；
(3)表面改性石墨氧化物的还原：在上述DMF溶液中加入100克二甲基肼在80℃下反应24小时，反应产物过滤后真空干燥制备表面改性纳米石墨，通过分散在导热油(YD350)中可制备油基石墨系纳米流体，其性能如表1所示。
从表1实施例1-6所制备的纳米流体的性能数据可以看出，少量纳米石墨的加入极大改善了流体的导热性能，尤其对于导热油，导热系数增加200％以上，而且纳米流体的稳定性都大于3个月，以导热油为分散介质制备的纳米流体(实施例5和6)的稳定性更优，6个月无沉淀。本发明以石墨为原料利用氧化-还原法可以打开石墨层间从而得到单层、双层或多层石墨片的分散体，极大地提高了纳米流体的导热性能，可替代金刚石、碳纳米管、C60系纳米流体，同时本发明的方法具有工艺简单、成本低、原料来源广、产品稳定性好、对换热器无磨损的优点。
表1 实施例1-6所得纳米流体的性能
Figure B2007100325569D00071
实验温度：25℃；Knf/K0：纳米流体(Knf)与分散介质(K0)的导热系数比。

Claims (1)

1.一种石墨系纳米流体的制备方法，其特征在于包括以下步骤和工艺条件：
(1)石墨的氧化：将100质量份的石墨与20-80质量份的硝酸钠加入到1000-5000质量份，冷却到0℃的浓硫酸中，混合均匀后在搅拌下加入100-500质量份的高锰酸钾，加料过程中温度控制在10℃以下，继续搅拌10-60分钟后加入1000-5000质量份的水，使温度上升至60-98℃，在此温度下维持10-30分钟，而后加入1000-8000质量份30-60℃的水与30-300质量份的双氧水，混合均匀后趁热过滤，用水充分洗涤滤饼直至滤液中无硫酸根离子，最后滤饼经40-70℃真空干燥后得到石墨氧化物；
(2)表面改性：将100质量份的步骤(1)所得石墨氧化物用1-20质量份的表面改性剂处理制备表面改性石墨氧化物；
(3)表面改性石墨氧化物的还原：将100质量份步骤(2)所得的产物用1-100质量份的还原剂进行还原后得到表面改性的纳米石墨，最后将纳米石墨用超声分散在分散介质中制得石墨系纳米流体；
所述的表面改性剂为聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚萘磺酸钠、石油磺酸钠、马来酸与环戊二烯共聚物、马来酸与苯乙烯共聚物、丙稀酰胺共聚物、聚氧化乙烯氧化丙稀的共聚物、羧甲基纤维素钠、十八烷基异氰酸酯、苯异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、甲基氯硅烷、聚甲基聚苯异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和/或苯基氯硅烷；
所述还原剂为水合肼、碳酰肼、水合肼二苯、碳酰二肼、二苯碳酰二肼、二甲基肼和/或硼氢化钠；
步骤(3)的分散介质为传热介质的水、乙二醇或导热油。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101734653B (zh) * 2008-11-04 2012-01-25 国家纳米科学中心 基于石墨氧化物的孔径可调的纳米多孔材料的制备方法
CN101570483A (zh) * 2009-03-27 2009-11-04 攀枝花学院 一种酯催化合成的方法
CN102259848B (zh) * 2010-05-26 2014-08-20 东丽纤维研究所（中国）有限公司 一种具有导电性能的纳米石墨片及其制备方法
CN102530911B (zh) * 2010-12-22 2014-05-21 海洋王照明科技股份有限公司 氟化石墨烯的制备方法
CN102530910B (zh) * 2010-12-22 2014-07-23 海洋王照明科技股份有限公司 氟化石墨烯的制备方法
CN102610794B (zh) * 2011-01-25 2014-07-23 海洋王照明科技股份有限公司 一种氟代氧化石墨烯电极及其制备方法
CN102760861B (zh) * 2011-04-26 2014-07-23 海洋王照明科技股份有限公司 一种硼代氧化石墨烯电极及其制备方法
ES2930639T3 (es) * 2011-09-30 2022-12-20 Carrier Corp Sistema de refrigeración de alta eficiencia
CN102766439B (zh) * 2012-07-05 2018-10-19 北京师范大学 高温度系数高稳定室温开关纳米复合材料
CN104388645B (zh) * 2014-12-11 2017-01-18 山东大学 金刚石型液体淬火冷却介质及制备方法和应用
CN104804477A (zh) * 2015-03-26 2015-07-29 苏州安鸿泰新材料有限公司 一种改性石墨烯纳米填充材料的制备方法和应用
CN105440667A (zh) * 2015-12-16 2016-03-30 安徽都邦电器有限公司 一种高强耐热尼龙管材
CN107793901A (zh) * 2017-10-20 2018-03-13 安徽快来防水防腐有限公司 一种石墨烯改性的聚天冬氨酸聚脲防水防腐涂层的生产方法
CN108929660B (zh) * 2018-07-03 2020-11-13 广东工业大学 一种组合物及其制备纳米流体的方法
CN109370540A (zh) * 2018-11-14 2019-02-22 深圳市爱能森储能技术创新有限公司 导热悬浮液及其制备方法
CN111574918A (zh) * 2020-06-11 2020-08-25 金陵科技学院 一种磺酸型石墨烯/聚氨酯-环氧树脂复合防腐涂料的制备方法
CN111995989B (zh) * 2020-08-12 2022-02-22 山西万家暖节能科技有限公司 一种功能性采暖液新材料及其制备方法
CN112143041B (zh) * 2020-09-04 2022-04-08 五邑大学 基元序构化纤维素基纳米流体离子导体材料和制备方法及应用
CN114753148B (zh) * 2022-04-08 2022-12-16 中国科学院兰州化学物理研究所 一种MXene@UiO-66-NH2免溶剂纳米流体及其制备和应用、复合材料及制备
CN114798378A (zh) * 2022-04-25 2022-07-29 亳州市亚珠新材料有限公司 一种碳片及其铝硅复合材料
CN115058129B (zh) * 2022-05-24 2023-09-12 武汉济能纳米流体技术有限公司 一种用于发动机冷却液的功能微粉的制备方法和应用
CN115386348B (zh) * 2022-09-14 2023-11-14 中国石油大学(华东) 超深层油气藏盐诱导自聚结改性纳米石墨及其制备方法和调控体系及其应用方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4131516A1 (de) * 1991-09-21 1993-04-08 Rs Automatisierung Gmbh Waermetraegerfluessigkeit
CN1082536C (zh) * 1997-06-13 2002-04-10 史凤容 热导介质
CN1595039A (zh) * 2003-09-13 2005-03-16 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 热管

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4131516A1 (de) * 1991-09-21 1993-04-08 Rs Automatisierung Gmbh Waermetraegerfluessigkeit
CN1082536C (zh) * 1997-06-13 2002-04-10 史凤容 热导介质
CN1595039A (zh) * 2003-09-13 2005-03-16 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 热管

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