CN105712338A - 一种石墨烯制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯制备方法，该方法包括以下步骤：S1.将石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，剥离液的组成为：水100份、醇类溶剂30～100份、聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50～80份、片状金属粉1～10份、橡胶粉0.5～10份；S2.加热釜体，保持釜体内温度为50~80℃，压力为1~3atm，搅拌轴转速为1000~2000 rpm/min，反应时间3~6 h；S3.停止反应后将上层悬浮液排出静置；S4.将石墨烯悬浮液离心，离心后取上层清液真空过滤得滤饼；S5.将滤饼洗涤冷冻干燥。该制备方法在剥离石墨烯同时，不腐蚀设备，不损伤石墨烯结构。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯生产技术领域，具体涉及一种石墨烯制备方法。
背景技术
石墨烯是一种具有良好柔性、电性能的二维材料。需要补充的是，严格意义上说，石墨烯是一种单层的片状；不过由于单层石墨烯的制备难度，一般也把具有相近性能的寡层石墨烯也归类于石墨烯的范畴内。
目前，石墨烯制备的方法主要有：化学生长法和物理剥离法。相比于效率低、不适合于工业化批量生产的化学生长法，物理剥离法主要是采用低廉的石墨为原料，通过对石墨晶体施加机械力使石墨层间发生剥离，打破石墨层间的范德华力，形成单片石墨烯或寡层石墨烯，这种物理剥离方法更具有工业化前景和适合规模化生产。
在石墨烯剥离方法中，需要加入一些助剂以增加石墨的层间间距或是所谓的插层，从而使石墨更好地剥离。如采用硝酸、高锰酸钾、三氧化铬或过氧化氢作为氧化剂，浓硫酸作为插层剂，在石墨层间或边缘引入羟基、环氧基团和羧基等含氧基团，增大了石墨层间距，利于后续石墨层间剥离。但是这种化学物质插层工艺耗酸量大，生产过程中有SOx、NOx等有害气体或重金属离子的污染，产品中有硫残留，最终得到的石墨烯易产生缺陷，并且在应用中对设备有腐蚀，降低了设备的使用寿命，增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种石墨烯制备方法，该制备方法通过从石墨中物理剥离出石墨烯，不仅可以有效地剥离石墨，且对石墨烯的结构破坏小。
为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：一种石墨烯制备方法，该方法包括以下步骤：
S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液按照1：2～5的重量比注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：
水100份、
醇类溶剂30～100份、
聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50～80份、
片状金属粉1～10份、
橡胶粉0.5～10份；
其中，各组份以其重量份数计；
S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃~80℃，压力为1~3atm，搅拌轴转速为1000~2000rpm/min，反应时间3~6h；
S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品；
S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000~6000rpm/min，离心时间10min~2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼；
S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。
优选的技术方案是，在步骤S1中，所述醇类溶剂为乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一种或多种。
优选的技术方案是，在步骤S1中，所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的数均分子量大于100000。
优选的技术方案是，在步骤S1中，所述橡胶粉的粒径为2～20微米。
优选的技术方案是，在步骤S1中，所述片状金属粉为锌粉、镍粉、银粉中的一种或多种。进一步优选的技术方案是，所述片状金属粉的尺寸为3～10微米。
现有技术相比，本发明石墨烯剥离方法通过采用特殊的剥离液用于石墨烯的剥离，该剥离液中添加具有胶水粘性的聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物，使用该剥离液配合研磨或搅拌，可降低对研磨或搅拌速度的要求，无需对石墨片层超高速剪切即可实现对石墨烯的剥离；配合片状金属粉和可以产生形变的橡胶粉，可以对石墨产生沿片层方向上的剥离力，其中特别是具有高摩擦系数的橡胶粉，其不易使石墨烯碎化；通过片状金属粉和橡胶粉的共用，片状金属粉还可以导去橡胶粉表面的静电，避免剥离的石墨烯因为静电重新叠合在一起，保持剥离后的分散状态。该剥离方法在剥离石墨烯的同时，不腐蚀设备，不损伤石墨烯结构。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明是一种石墨烯制备方法，该方法包括以下步骤：
S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：水100重量份数、乙醇30重量份数、聚丙烯酸酯50重量份数、锌粉1重量份数、丁基胶粉0.5份。其中，聚丙烯酸酯的数均分子量大于100000；丁基胶粉的粒径为2～20微米；锌粉的尺寸为3～10微米。石墨鳞片和剥离液的重量比为1：2。
S2.加热釜体，保持釜体内温度为80℃，压力为1atm，搅拌轴转速为2000rpm/min，反应时间3h。
S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。
S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000rpm/min，离心时间2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。
S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。
实施例2
本发明是一种石墨烯制备方法，该方法包括以下步骤：
S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：水100重量份数、乙醇40重量份数、正丙醇20重量份数、聚氨酯改性丙烯酸酯80重量份数、银粉3重量份数、丁苯胶粉3重量份数。其中，聚氨酯改性丙烯酸酯的数均分子量大于100000；丁苯胶粉的粒径为2～20微米；银粉的尺寸为3～10微米。石墨鳞片和剥离液的重量比为1：3。
S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃，压力为3atm，搅拌轴转速为1000rpm/min，反应时间6h。
S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。
S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为6000rpm/min，离心时间10min，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。
S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。
实施例3
本发明是一种石墨烯制备方法，该方法包括以下步骤：
S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：水100重量份数、正丁醇40重量份数、丙二醇40重量份数、聚氨酯改性丙烯酸酯60重量份数、镍粉4重量份数、银粉2重量份数、氯丁胶粉4份。其中，聚氨酯改性丙烯酸酯的数均分子量大于100000；氯丁胶粉的粒径为2～20微米；镍粉和银粉的尺寸为3～10微米。石墨鳞片和剥离液的重量比为1：4。
S2.加热釜体，保持釜体内温度为70℃，压力为2atm，搅拌轴转速为1500rpm/min，反应时间5h。
S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。
S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为3000rpm/min，离心时间1h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。
S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。
实施例4
本发明是一种石墨烯制备方法，该方法包括以下步骤：
S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：水100重量份数、松油醇100重量份数、聚丙烯酸酯70重量份数、镍粉10份、丁苯胶粉10份。其中，聚丙烯酸酯的数均分子量大于100000；丁苯胶粉的粒径为2～20微米；镍粉的尺寸为3～10微米。石墨鳞片和剥离液的重量比为1：5。
S2.加热釜体，保持釜体内温度为60℃，压力为2atm，搅拌轴转速为1800rpm/min，反应时间4h。
S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。
S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为5000rpm/min，离心时间30min，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。
S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种石墨烯制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液按照1：2～5的重量比注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：
水100份、
醇类溶剂30～100份、
聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50～80份、
片状金属粉1～10份、
橡胶粉0.5～10份；
其中，各组份以其重量份数计；
S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃~80℃，压力为1~3atm，搅拌轴转速为1000~2000rpm/min，反应时间3~6h；
S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品；
S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000~6000rpm/min，离心时间10min~2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼；
S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。
2.如权利要求1所述的石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述醇类溶剂为乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的数均分子量大于100000。
4.如权利要求1所述的石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述橡胶粉的粒径为2～20微米。
5.如权利要求1所述的石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述片状金属粉为锌粉、镍粉、银粉中的一种或多种。
6.如权利要求5所述的石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述片状金属粉的尺寸为3～10微米。
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| CN201410711140.XA CN105712338A (zh) | 2014-12-01 | 2014-12-01 | 一种石墨烯制备方法 |
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| CN107601480A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-01-19 | 南通富莱克流体装备有限公司 | 石墨烯生产设备 |
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2014
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