CN105712342A - 剥离石墨烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种剥离石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：S1.将石墨鳞片和剥离液注入球磨罐内，其中剥离液的组成为：醇类溶剂100份、羟基丙烯酸树脂3～20份、磨砂粒1～5份；S2.球磨4～48h，球磨机的转速为2000 rpm/min以上；S3.停止反应后将悬浮液排出至储料罐内，静置；S4.将石墨烯悬浮液输送至离心机内离心，离心后取上层清液真空过滤得到滤饼；S5.将滤饼洗涤，冷冻干燥。该剥离方法可以高效地剥离石墨烯。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯生产技术领域，具体涉及一种剥离石墨烯的方法。
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。
在剥离石墨烯的方法中，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，提供一种剥离石墨烯的方法，该方法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：一种剥离石墨烯的方法，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的重量比注入球磨罐内，其中剥离液的组成为：
醇类溶剂100份、
羟基丙烯酸树脂3～20份、
磨砂粒1～5份；
其中，各组份以其重量份数计；
S2.球磨4～48h，球磨机的转速为2000rpm/min以上；
S3.停止反应后通过出料口将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，所述磨砂粒的粒径在5微米以下。
进一步优选的技术方案是，在步骤S1中，所述磨砂粒为氧化铝粉末、二氧化硅粉中的一种。
优选的技术方案是，在步骤S1中，所述羟基丙烯酸树脂的数均分子量为10000～20000。
现有技术相比，本发明剥离石墨烯的方法通过采用特殊的剥离液用于石墨烯的剥离，该剥离液中醇类溶剂与羟基丙烯酸树脂共用，它们渗透到石墨片层中，并形成氢键；在球磨的过程中，产生的热量或者通过外加热的方式使氢键破坏，从而对石墨层产生冲击力；相比于没有羟基丙烯酸树脂的剥离液，剥离液中的氢键作用弱，且对石墨片层不能产生定向的大冲击力，即长链的羟基丙烯酸树脂对氢键位置起到定位作用；此外，体系中加入的磨砂粒配合常规球磨介质对石墨片层可以产生更强的剪切作用；该剥离液配合球磨，可以有效地促进石墨烯的剥离。该剥离方法可以高效地剥离出石墨烯。
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
本发明是一种剥离石墨烯的方法，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球磨罐内，其中剥离液的组成为：丙二醇100重量份数、羟基丙烯酸树脂3重量份数、氧化铝粉末2重量份数。氧化铝粉末的粒径在5微米以下。羟基丙烯酸树脂的数均分子量为10000～20000。石墨鳞片和剥离液的重量比为1：2。
S2.球磨4h，球磨机的转速为6000rpm/min。
S3.停止反应后通过出料口将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2
本发明是一种剥离石墨烯的方法，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球磨罐内，其中剥离液的组成为：乙醇50重量份数、正丁醇50重量份数、羟基丙烯酸树脂10重量份数、氧化铝粉末4重量份数。氧化铝粉末的粒径在5微米以下。羟基丙烯酸树脂的数均分子量为10000～20000。石墨鳞片和剥离液的重量比为1：3。
S2.球磨12h，球磨机的转速为4000rpm/min。
S3.停止反应后通过出料口将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4000rpm/min，离心时间20min，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
本发明是一种剥离石墨烯的方法，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球磨罐内，其中剥离液的组成为：松油醇100重量份数、羟基丙烯酸树脂20重量份数、二氧化硅1重量份数。二氧化硅的粒径在5微米以下。羟基丙烯酸树脂的数均分子量为10000～20000。石墨鳞片和剥离液的重量比为1：4。
S2.球磨24h，球磨机的转速为3000rpm/min。
S3.停止反应后通过出料口将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2000rpm/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。
Claims (5)
1.一种剥离石墨烯的方法，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的重量比注入球磨罐内，其中剥离液的组成为：
醇类溶剂100份、
羟基丙烯酸树脂3～20份、
磨砂粒1～5份；
其中，各组份以其重量份数计；
S2.球磨4～48h，球磨机的转速为2000rpm/min以上；
S3.停止反应后通过出料口将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所述的剥离石墨烯的方法，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所述的剥离石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述磨砂粒的粒径在5微米以下。
4.如权利要求3所述的剥离石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述磨砂粒为氧化铝粉末、二氧化硅粉中的一种。
5.如权利要求1所述的剥离石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述羟基丙烯酸树脂的数均分子量为10000～20000。
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| CN201410711560.8A CN105712342A (zh) | 2014-12-01 | 2014-12-01 | 剥离石墨烯的方法 |
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| CN (1) | CN105712342A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109904451A (zh) * | 2017-12-11 | 2019-06-18 | 中国科学院化学研究所 | 一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
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2014
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109904451A (zh) * | 2017-12-11 | 2019-06-18 | 中国科学院化学研究所 | 一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
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