CN103496691A - 一种石墨烯分散液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯分散液的制备方法，它包括：（1）将氧化石墨烯分散到溶剂A中，得氧化石墨烯分散液；（2）将氧化石墨烯分散液喷入液氮容器中，进行速冻处理，得氧化石墨烯分散液速冻产物；（3）将上述氧化石墨烯分散液速冻产物加入到装有溶剂B的反应釜中使体系自然升至室温；（4）在室温下，向上述体系加入酸度调节剂调节pH为4.00—11.00；（5）向上述体系加入还原剂，进行固液分离，得固体物料；（6）将上述固体物料加入溶剂C中，得到石墨烯分散液；本发明的有益效果：所得石墨烯分散液为黑色粘稠浆料，具有高导电性，良好的热稳定性，易分散，石墨烯完全以单层片状结构存在；本发明操作简单，产率高、成本低、适合规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯制备领域，尤其涉及一种石墨烯分散液的制备方法。
背景技术
石墨烯独特的二维晶体结构而具有极高的电子传输速率，机械强度最高，同时其化学性质稳定、透明、导热性出色，因此应用前景广阔。在实际应用中，石墨烯材料需要分散在水及各种溶剂中，但是石墨烯材料层与层之间存在范德华力，因而容易团聚，很难分散于各种溶剂中，大大限制了其应用。人们也采用各种聚合物来修饰石墨烯，如嵌段聚合物、聚苯胺、纤维素等，保护了石墨烯结构的同时，提高了其分散性和稳定性，但是这些聚合物成本较高，制备工艺复杂，且包覆的石墨烯量小、稳定性差，因而难以实现工业化。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种石墨烯分散液的制备方法，它具有分散性好、能够稳定存在、适合规模化生产等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：（1）将Hummers法制得的氧化石墨烯分散到溶剂A中，搅拌、超声、离心分离得到氧化石墨烯分散液；（2）将氧化石墨烯分散液加入到高压喷罐中，加压将氧化石墨烯分散液喷入液氮容器中，在零下80℃进行速冻处理，得氧化石墨烯分散液速冻产物；（3）将上述氧化石墨烯分散液速冻产物加入到装有溶剂B的反应釜中，使体系自然升至室温；（4）在室温下，向上述体系加入酸度调节剂调节pH为4.00—11.00；（5）向上述体系加入还原剂，氧化石墨烯和还原剂的质量比为1:2—5:1，升温至60—70℃反应8—14小时，进行固液分离，得固体物料；（6）将上述固体物料加入溶剂C中，利用超声清洗剂洗涤、离心机分离，得到石墨烯分散液。
所述溶剂A，为甲醇、异丙醇﹑蒸馏水、四氢呋喃、甲苯﹑二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
所述冷冻剂，为液氮。
所述溶剂B，为甲醇、异丙醇﹑蒸馏水、四氢呋喃、甲苯﹑二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
所述酸度调节剂，为盐酸、乙酸、氨水、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。
所述还原剂，为水合肼、硼氢化钠、四氢铝锂、抗坏血酸、草酸中的一种或几种。
所述氧化石墨烯和还原剂的质量比为1:2—5:1。
所述溶剂C，为甲醇、异丙醇﹑蒸馏水、四氢呋喃、甲苯﹑二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
所述超声清洗机的频率为42K—90K赫兹。
本发明还提供一种根据上述方法制备的石墨烯分散液。
本发明的有益效果：本发明优选出一种石墨烯分散液的制备方法，制得的分散液为黑色粘稠浆料，分散性好，利用电子扫描电镜观察到其中的石墨烯为单层片状结构，具有方形、椭圆等各种不规则形状，表面呈褶皱形态。
附图说明
图1为本发明实施例1的扫描电子显微镜照片（bar=1.0μm）；
图2为本发明实施例1制备的石墨烯的水分散液；
图3为本发明实施例2制备的石墨烯的二甲基甲酰胺分散液。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
（1）称取10g Hummers法制得的氧化石墨烯分散到1000g蒸馏水中，通过机械搅拌和超声振荡分散均匀，用离心机进行离心分离，得氧化石墨烯分散液；
（2）将（1）得到的氧化石墨烯分散液加入到高压喷罐中，加压将氧化石墨烯分散液喷入液氮容器中，在零下80℃进行速冻处理，得氧化石墨烯分散液速冻产物；
（3）称量4.5kg甲醇投入10L反应釜中，将氧化石墨烯分散液速冻产物加入其中，使体系自然升至室温；
（4）向上述（3）的体系中加入乙酸，调节溶液pH为4.15；
（5）每次0.5g向上述（4）体系中加入总量为5g的硼氢化钠，将体系立即升温至60℃，恒温反应8小时，反应完毕，停止加热，用12000rpm的离心机进行固液分离，得固体物料；
（6）将上述固体物料加入到1.5Kg的蒸馏水中以42K赫兹的频率超声洗涤20分钟，离心分离，得到5g石墨烯黏稠浆料，投入200g水中稀释，得到石墨烯分散液。
本实施例制得的石墨烯分散液的扫描电子显微镜照片（bar=1.0μm）如附图1所示，分散液中的石墨烯为单层不规则形状，表面褶皱较多；本实施例制得的石墨烯的水分散液照片如图2所示，石墨烯在水中分散性良好，能够稳定存在。
实施例2：
（1）称取10g Hummers法制得的氧化石墨烯分散到1000g蒸馏水中，通过机械搅拌和超声振荡分散均匀，用离心机进行离心分离，得氧化石墨烯分散液；
（2）将（1）得到的石墨烯分散液加入到高压喷罐中，加压将氧化石墨烯分散液喷入液氮容器中，在零下80℃进行速冻处理，得氧化石墨烯分散液速冻产物；
（3）称量6.5kg蒸馏水投入10L反应釜中，将氧化石墨烯分散液速冻产物加入其中，使体系自然升至室温；
（4）向上述（3）的体系中加入氢氧化钾，调节溶液pH为8.31；
（5）每次0.3g向上述（4）体系中加入总量为8g的硼氢化钠，将体系立即升温至70℃，恒温反应12小时，反应完毕，停止加热，用12000rpm的离心机进行固液分离，得固体物料；
（6）将所得固体物料加入到2Kg的蒸馏水中以80K赫兹的频率超声洗涤20分钟，离心分离，得到5g石墨烯黏稠浆料，投入200g二甲基甲酰胺中，得到石墨烯分散液。
本实施例制得的石墨烯的水分散液照片如图3所示，石墨烯在二甲基甲酰胺中分散性良好，能够稳定存在。
实施例3：
（1）称取10g Hummers法制得的氧化石墨烯分散到800g甲醇中，通过机械搅拌和超声振荡分散均匀，用离心机进行离心分离，得氧化石墨烯分散液；
（2）将（1）得到的石墨烯分散液加入到高压喷罐中，加压将氧化石墨烯分散液喷入液氮容器中，在零下80℃进行速冻处理，得氧化石墨烯分散液速冻产物；
（3）称量4.5kg甲醇投入10L反应釜中，将氧化石墨烯分散液速冻产物加入其中，使体系自然升至室温；
（4）向上述（3）的体系中加入氢氧化钾，调节溶液pH为10.31；
（5）每次0.5g向上述（4）体系中加入总量为15g的硼氢化钠，将体系立即升温至60℃，恒温反应8小时，反应完毕，停止加热，用12000rpm的离心机进行固液分离，得固体物料；
（6）所得固体物料呈碱性，加入到1.5Kg的水中以90K赫兹的频率超声洗涤20分钟，离心分离，得到4g石墨烯黏稠浆料，投入160g水中稀释，得到石墨烯分散液。
实施例4：
（1）称取10g Hummers法制得的氧化石墨烯分散到1000g蒸馏水中，通过机械搅拌和超声振荡分散均匀，用离心机进行离心分离，得氧化石墨烯分散液；
（2）将（1）得到的石墨烯分散液加入到高压喷罐中，加压将氧化石墨烯分散液喷入液氮容器中，在零下80℃进行速冻处理，得氧化石墨烯分散液速冻产物；
（3）称量2.5kg蒸馏水投入10L反应釜中，将氧化石墨烯分散液速冻产物加入其中，使体系自然升至室温；
（4）向上述（3）的体系中加入28g氨水，调节溶液pH为10.28；
（5）1次性向上述（4）体系中加入总量为15g的水合肼，将体系立即升温至70℃，恒温反应14小时；
（6）反应完毕，停止加热，用12000rpm的离心机进行固液分离，得固体物料；
（7）所得固体物料呈碱性，加入到4Kg的蒸馏水中以60K赫兹的频率超声洗涤20分钟，离心分离；
（8）重复操作（7）两次，得到8.5g石墨烯黏稠浆料，投入340g N-甲基吡咯烷酮中稀释，得到浓度为2.4%的石墨烯分散液。
实施例5：
（1）称取10g Hummers法制得的氧化石墨烯分散到900g四氢呋喃中，通过机械搅拌和超声振荡分散均匀，用离心机进行离心分离，得氧化石墨烯分散液；
（2）将（1）得到的石墨烯加入到高压喷罐中，加压将氧化石墨烯分散液喷入液氮容器中，在零下80℃进行速冻处理，得氧化石墨烯分散液速冻产物；
（3）称量2.5kg四氢呋喃投入10L反应釜中，将氧化石墨烯分散液速冻产物加入其中，使体系自然升至室温；
（4）向上述（3）的体系中加入氢氧化钠，调节溶液pH为8.12；
（5）每次0.3g向上述（4）体系中加入总量为15g的四氢铝锂，将体系立即升温至70℃，恒温反应9小时，反应完毕，停止加热，用12000rpm的离心机进行固液分离，得固体物料；
（6）所得固体物料呈碱性，加入到4Kg的蒸馏水中以90K赫兹的频率超声洗涤20分钟，离心分离，得到4g石墨烯黏稠浆料，投入160g水中稀释，得到石墨烯分散液。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种石墨烯分散液的制备方法，其特征是，（1）将Hummers法制得的氧化石墨烯分散到溶剂A中，搅拌、超声、离心分离得到氧化石墨烯分散液；（2）将氧化石墨烯分散液加入到高压喷罐中，加压将氧化石墨烯分散液喷入液氮容器中，在零下80℃进行速冻处理，得氧化石墨烯分散液速冻产物；（3）将上述氧化石墨烯分散液速冻产物加入到装有溶剂B的反应釜中，使体系自然升至室温；（4）在室温下，向上述体系加入酸度调节剂调节pH为4.00—11.00；（5）向上述体系加入还原剂，氧化石墨烯和还原剂的质量比为1:2—5:1，升温至60—70℃反应8—14小时，进行固液分离，得固体物料；（6）将上述固体物料加入溶剂C中，利用超声清洗剂洗涤、离心机分离，得到石墨烯分散液。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯分散液的制备方法，其特征是，所述溶剂A为甲醇、异丙醇﹑蒸馏水、四氢呋喃、甲苯﹑二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
3.如权利要求1所述的一种石墨烯分散液的制备方法，其特征是，所述冷冻剂为液氮。
4.如权利要求1所述的一种石墨烯分散液的制备方法，其特征是，所述溶剂B为甲醇、异丙醇﹑蒸馏水、四氢呋喃、甲苯﹑二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
5.如权利要求1所述的一种石墨烯分散液的制备方法，其特征是，所述酸度调节剂为盐酸、乙酸、氨水、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种。
6.如权利要求1所述的一种石墨烯分散液的制备方法，其特征是，所述还原剂为水合肼、硼氢化钠、四氢铝锂、抗坏血酸、草酸中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的一种石墨烯分散液的制备方法，其特征是，所述氧化石墨烯和还原剂的质量比为1:2—5:1。
8.如权利要求1所述的一种石墨烯分散液的制备方法，其特征是，所述溶剂C为甲醇、异丙醇﹑蒸馏水、四氢呋喃、甲苯﹑二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
9.如权利要求1所述的一种石墨烯分散液的制备方法，其特征是，所述超声清洗机频率为42K—90K赫兹。
10.如权利要求1至9一项所述的方法制备的一种石墨烯分散液。
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