CN102701194A - 一种处理氧化石墨的方法 - Google Patents

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胡晓斌
李洪涛
杨遂运
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Abstract

本发明涉及一种处理氧化石墨的方法，将硝酸钠与石墨混合后，在冰水浴中，搅拌加入浓硫酸、高锰酸钾反应2h，在室温下放置5天后继续搅拌加入稀硫酸、过氧化氢，最后用洗涤液和去离子水洗涤，即完成对氧化石墨的处理。与现有技术相比，本发明利用硝酸钠提供硝酸根离子，硝酸根在酸性条件下具有强氧化性，浓硫酸具有脱水性急氧化性，高锰酸钾和过氧化氢具有氧化性且在反应过程中会释放出氧气，扩大石墨的层间距，并使氧化石墨表面形成较大微孔，有利于石墨烯及石墨插层复合材料的制备，处理所用氧化剂不含铬离子，对环境污染较小。

Description

一种处理氧化石墨的方法
技术领域
本发明涉及一种表面处理方法，尤其是涉及一种处理氧化石墨的方法。
背景技术
氧化石墨可用于制备石墨烯、氟化石墨、石墨插层复合材料等。氧化石墨是石墨在H2S04、HN03、HCI04等强酸和强氧化剂的作用下，或电化学过氧化作用下，经水解后形成的。氧化石墨同样是一层状共价化合物，层间距离大约为0.8nm(石墨为0.335nm)依制备方法而异。一般认为，氧化石墨中含有-C-OH、-C-O-C，甚至-COOH等基团。和石墨不同，由于极性基团的存在，氧化石墨片层之间存在静电排斥作用。因此，氧化石墨在外力，如超声波的作用下在水中或其它极性溶剂中可以发生剥离，形成单层氧化石墨烯(graphene oxide)。制得氧化石墨烯后，再通过还原使所制氧化石墨烯脱氧重新石墨化，保持其几何形貌时可恢复部分其导电性。但现有方法对氧化石墨进行处理时要用到大量有毒的重金属，对环境污染较重。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使氧化石墨表面形成较大微孔、对环境污染小的处理氧化石墨的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种处理氧化石墨的方法，包括以下步骤：
(1)将硝酸钠加入到石墨中，混合后置于反应容器中；
(2)在冰水浴中，控制搅拌速度为200rpm搅拌下加入浓硫酸反应2h；
(3)在冰水浴中，控制搅拌速度为200rpm搅拌下继续加入高锰酸钾反应2h，将制备得到的混合物在室温下放置5天；
(4)在室温下，控制搅拌速度为700rpm搅拌下缓慢加入稀硫酸，加入稀硫酸所用时间为1-1.5h，然后继续搅拌反应2h；
(5)加入过氧化氢，在700rpm搅拌下反应2h；
(6)将上述产物用洗涤液洗涤4～6次，最后用去离子水洗涤至无硫酸根离子，即完成对氧化石墨的处理。
步骤(1)中所述的硝酸钠与石墨的重量比为0.17～0.2∶0.2。
步骤(2)中所述的浓硫酸质量分数为98％，浓硫酸的加入量为0.2g石墨/15～20ml浓硫酸。
步骤(3)中加入的高锰酸钾与石墨的重量比为0.9～1∶0.2。
步骤(4)中所述的稀硫酸的质量分数为5％，稀硫酸的加入量为0.2g石墨/20～30ml稀硫酸。
步骤(5)中所述的过氧化氢的质量分数为5％，过氧化氢的加入量为0.2g石墨/0.6～4ml稀硫酸。
步骤(6)中所述的洗涤液为质量分数3％的稀硫酸和质量分数0.5％的过氧化氢按体积比1∶1的混合溶液。
与现有技术相比，本发明利用硝酸钠提供硝酸根离子，硝酸根在酸性条件下具有强氧化性。浓硫酸具有脱水性急氧化性，高锰酸钾和过氧化氢具有氧化性且在反应过程中会释放出氧气，扩大石墨的层间距。本发明提供的处理方法可有效氧化石墨并使氧化石墨表面形成较大微孔，有利于石墨烯及石墨插层复合材料的制备，处理所用氧化剂不含铬离子，对环境污染较小。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种处理氧化石墨的方法，包括以下步骤：
1、将0.175g硝酸钠加入到0.2g石墨中混合后放入三颈烧瓶；
2、在冰水浴中，200转/分钟搅拌下加入15ml浓硫酸反应2小时；
3、在冰水浴中，200转/分钟搅拌下加入0.9g高锰酸钾反应2小时，将混合物在室温下放置5天；
4、在室温下，700转/分钟搅拌下缓慢加入20ml5％稀硫酸，加入稀硫酸所用时间要在1小时左右，之后搅拌2小时；
5、加入0.6ml30％的过氧化氢，在700转/分钟搅拌下反应2小时；
6、将上述产物用洗涤液洗涤6次，采用的洗涤液为质量分数3％的稀硫酸和质量分数0.5％的过氧化氢按体积比1∶1的混合溶液，之后用去离子水洗涤至无硫酸根离子，即完成对氧化石墨的处理。
实施例2
一种处理氧化石墨的方法，包括以下步骤：
1、将0.175g硝酸钠加入到0.2g石墨中混合后放入三颈烧瓶。
2、在冰水浴中，200转/分钟搅拌下加入20ml浓硫酸反应2小时。
3、在冰水浴中，200转/分钟搅拌下加入1g高锰酸钾反应2小时，将混合物在室温下放置5天。
4、在室温下，700转/分钟搅拌下缓慢加入20ml～30ml5％稀硫酸，加入稀硫酸所用时间要在1小时左右，之后搅拌2小时。
5、加入0.6ml30％的过氧化氢，在700转/分钟搅拌下反应2小时。
6、将上述产物用洗涤液洗涤6次，采用的洗涤液为质量分数3％的稀硫酸和质量分数0.5％的过氧化氢按体积比1∶1的混合溶液，之后用去离子水洗涤至无硫酸根离子，即完成对氧化石墨的处理。
实施例3
一种处理氧化石墨的方法，包括以下步骤：
(1)将0.17g硝酸钠与0.2g石墨混合后置于反应容器中；
(2)在冰水浴中，控制搅拌速度为200rpm搅拌下加入15ml质量分数为98％的浓硫酸反应2h；
(3)在冰水浴中，控制搅拌速度为200rpm搅拌下继续加入0.9g高锰酸钾反应2h，将制备得到的混合物在室温下放置5天；
(4)在室温下，控制搅拌速度为700rpm搅拌下缓慢加入20ml质量分数为5％的稀硫酸，加入稀硫酸所用时间为1.5h，然后继续搅拌反应2h；
(5)加入质量分数为30％的过氧化氢，在700rpm搅拌下反应2h；
(6)将上述产物用洗涤液洗涤4次，采用的洗涤液为质量分数3％的稀硫酸和质量分数0.5％的过氧化氢按体积比1∶1的混合溶液，最后用去离子水洗涤至无硫酸根离子，即完成对氧化石墨的处理。
实施例4
一种处理氧化石墨的方法，包括以下步骤：
(1)将0.2g硝酸钠与0.2g石墨混合后置于反应容器中；
(2)在冰水浴中，控制搅拌速度为200rpm搅拌下加入20ml质量分数为98％的浓硫酸反应2h；
(3)在冰水浴中，控制搅拌速度为200rpm搅拌下继续加入1g高锰酸钾反应2h，将制备得到的混合物在室温下放置5天；
(4)在室温下，控制搅拌速度为700rpm搅拌下缓慢加入30ml质量分数为5％的稀硫酸，加入稀硫酸所用时间为1.5h，然后继续搅拌反应2h；
(5)加入质量分数为30％的过氧化氢，在700rpm搅拌下反应2h；
(6)将上述产物用洗涤液洗涤5次，最后用去离子水洗涤至无硫酸根离子，即完成对氧化石墨的处理。
利用本发明提供的处理方法可有效氧化石墨并使氧化石墨表面形成较大微孔，有利于石墨烯及石墨插层复合材料的制备。以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围

Claims (7)

1.一种处理氧化石墨的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将硝酸钠加入到石墨中，混合后置于反应容器中；
(2)在冰水浴中，控制搅拌速度为200rpm搅拌下加入浓硫酸反应2h；
(3)在冰水浴中，控制搅拌速度为200rpm搅拌下继续加入高锰酸钾反应2h，将制备得到的混合物在室温下放置5天；
(4)在室温下，控制搅拌速度为700rpm搅拌下缓慢加入稀硫酸，加入稀硫酸所用时间为1-1.5h，然后继续搅拌反应2h；
(5)加入过氧化氢，在700rpm搅拌下反应2h；
(6)将上述产物用洗涤液洗涤4～6次，最后用去离子水洗涤至无硫酸根离子，即完成对氧化石墨的处理。
2.根据权利要求1所述的一种处理氧化石墨的方法，其特征在于，步骤
(1)中所述的硝酸钠与石墨的重量比为0.17～0.2∶0.2。
3.根据权利要求1所述的一种处理氧化石墨的方法，其特征在于，步骤
(2)中所述的浓硫酸质量分数为98％，浓硫酸的加入量为0.2g石墨/15～20ml浓硫酸。
4.根据权利要求1所述的一种处理氧化石墨的方法，其特征在于，步骤(3)中加入的高锰酸钾与石墨的重量比为0.9～1∶0.2。
5.根据权利要求1所述的一种处理氧化石墨的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的稀硫酸的质量分数为5％，稀硫酸的加入量为0.2g石墨/20～30ml稀硫酸。
6.根据权利要求1所述的一种处理氧化石墨的方法，其特征在于，步骤(5)中所述的过氧化氢的质量分数为5％，过氧化氢的加入量为0.2g石墨/0.6～4ml稀硫酸。
7.根据权利要求1所述的一种处理氧化石墨的方法，其特征在于，步骤(6)中所述的洗涤液为质量分数3％的稀硫酸和质量分数0.5％的过氧化氢按体积比1∶1的混合溶液。
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