CN106082187A - 一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法 - Google Patents
一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106082187A CN106082187A CN201610411315.4A CN201610411315A CN106082187A CN 106082187 A CN106082187 A CN 106082187A CN 201610411315 A CN201610411315 A CN 201610411315A CN 106082187 A CN106082187 A CN 106082187A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene oxide
- preparation
- functional graphene
- functional
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 146
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 133
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 34
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 claims description 10
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 10
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 5
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 238000009688 liquid atomisation Methods 0.000 claims description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 claims description 2
- OSNIIMCBVLBNGS-UHFFFAOYSA-N 1-(1,3-benzodioxol-5-yl)-2-(dimethylamino)propan-1-one Chemical compound CN(C)C(C)C(=O)C1=CC=C2OCOC2=C1 OSNIIMCBVLBNGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 150000003462 sulfoxides Chemical class 0.000 claims 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 abstract 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 abstract 1
- -1 aniline alkyl silane Chemical class 0.000 description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 9
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 8
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 6
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N N-phenyl amine Natural products NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical compound Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N dodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 6
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 6
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 5
- ARYZCSRUUPFYMY-UHFFFAOYSA-N methoxysilane Chemical compound CO[SiH3] ARYZCSRUUPFYMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 5
- UIDUKLCLJMXFEO-UHFFFAOYSA-N propylsilane Chemical compound CCC[SiH3] UIDUKLCLJMXFEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical compound [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005276 aerator Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- YQGOWXYZDLJBFL-UHFFFAOYSA-N dimethoxysilane Chemical compound CO[SiH2]OC YQGOWXYZDLJBFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JEWCZPTVOYXPGG-UHFFFAOYSA-N ethenyl-ethoxy-dimethylsilane Chemical compound CCO[Si](C)(C)C=C JEWCZPTVOYXPGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FIHCECZPYHVEJO-UHFFFAOYSA-N ethoxy-dimethyl-phenylsilane Chemical compound CCO[Si](C)(C)C1=CC=CC=C1 FIHCECZPYHVEJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KLKBFKNDHDCRQT-UHFFFAOYSA-N pent-1-ene-2-thiol Chemical group CCCC(S)=C KLKBFKNDHDCRQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- NUFVQEIPPHHQCK-UHFFFAOYSA-N ethenyl-methoxy-dimethylsilane Chemical compound CO[Si](C)(C)C=C NUFVQEIPPHHQCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- QXJQHYBHAIHNGG-UHFFFAOYSA-N trimethylolethane Chemical compound OCC(C)(CO)CO QXJQHYBHAIHNGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZUGOSPHJWZAGBH-UHFFFAOYSA-N CO[SiH](OC)C=C Chemical compound CO[SiH](OC)C=C ZUGOSPHJWZAGBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N Cyanamide Chemical compound NC#N XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 241001597008 Nomeidae Species 0.000 description 1
- 240000003936 Plumbago auriculata Species 0.000 description 1
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JZGDVRVBGZHXRS-UHFFFAOYSA-N azane pent-1-ene Chemical group N.CCCC=C JZGDVRVBGZHXRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- UBHZUDXTHNMNLD-UHFFFAOYSA-N dimethylsilane Chemical compound C[SiH2]C UBHZUDXTHNMNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 1
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 1
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- DWUCCPNOMFYDOL-UHFFFAOYSA-N propyl(sulfanyl)silicon Chemical compound CCC[Si]S DWUCCPNOMFYDOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002769 thiazolinyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003396 thiol group Chemical class [H]S* 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2204/00—Structure or properties of graphene
- C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法:采用偶联剂对氧化石墨烯改性,得到功能化氧化石墨烯,利用雾化方式将功能化氧化石墨烯分散为微细的雾滴,具有较大的表面积的雾滴通过热空气流场将溶剂迅速汽化,快速得到功能化氧化石墨烯及其组装的粉体。本发明可以通过改变雾化阶段的雾化方式和干燥阶段热空气流场的温度等参数实现功能化氧化石墨烯快速组装过程的可控,获得功能化氧化石墨烯及其成花状、球状等功能化氧化石墨烯组装形态。该方法过程简单,易控制,可获得系列微观结构及形貌可控的功能化氧化石墨烯产品,可应用于催化、分离、复合材料、功能涂层、生物医药等领域。
Description
技术领域
本发明属于新型纳米材料制备技术领域,具体涉及一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法。
背景技术
2004年,英国曼彻斯特大学物理学家Geim A.K.等人,通过胶带反复剥离石墨的方法获得了单原子厚度的石墨单片——石墨烯(graphene)。石墨烯由呈蜂巢晶格排列的碳原子构成,碳碳键长仅0.142nm,结构非常稳定,是目前世界上最薄的二维材料,只有一个碳原子的厚度,完整的石墨烯具有理想二维晶体结构。石墨烯作为本世纪重点发展的新兴战略材料,应用潜力巨大。近年来,石墨烯逐渐成为科研工作者的研究热点,其众多优异的物理化学性质逐渐被发掘,石墨烯室温条件下的电子迁移率可达2×105cm2·V-1·s-1,显示出超强的电学性能,单层石墨烯的透光率达到97.7%,展现出优异的光学性质,同时石墨烯拥有超高的理论比表面积,达到2630m2·g-1。除此,石墨烯是目前已知材料中强度和硬度最高的材料,其弹性模量为1.1TPa,抗拉强度为125GPa。
氧化石墨烯是石墨烯制备过程中一种重要的衍生物,由石墨在强酸体系中,通过强氧化剂插层氧化得到氧化石墨,氧化石墨经过超声剥离制备得到氧化石墨烯分散液,其粉体需要通过干燥制备。氧化石墨烯粉体是石墨烯粉体的重要原料,规模化制备氧化石墨烯粉体方可使得石墨烯粉体的批量化生产及应用成为可能。然而,石墨烯的均匀稳定分散是其广泛高性能应用的一个重要前提,这就需要对石墨烯进行功能化改性。而石墨烯表面一般为惰性结构,不易进行功能化,氧化石墨稀由于其表面带有羟基、羧基及环氧基等活性基团,所以可通过对氧化石墨烯进行改性得到功能化氧化石墨烯,并进一步还原可得到功能化石墨烯。同时不同应用领域也对氧化石墨烯/石墨烯的组装形态提出不同的要求,如单层、少层氧化石墨烯/石墨烯粉体可以用来和聚合物复合制备氧化石墨烯基功能性纳米复合材料,能极大提高材料的机械、电子性能和导热性能;球状氧化石墨烯和石墨烯可作为碳微球应用于药物运输、催化剂载体、超级电容器等领域。因此,如何实现功能化氧化石墨烯的制备及其组装形态可控十分重要。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中所阐述的现有制备技术的不足,提供一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法,通过该方法可实现功能化氧化石墨烯的制备及其组装的形态和尺寸可控。功能化氧化石墨烯的快速组装过程分为两个阶段:雾化阶段和干燥阶段,通过调控两个阶段的工艺参数实现功能化氧化石墨烯组装的形态和尺寸可控。同时,制备的功能化氧化石墨烯粉体能够很好地分散到水等其它溶剂中,这样为其后续的应用奠定基础,同时为功能化石墨烯粉体的规模化制备提供了原料。
本发明的目的可以通过以下措施达到:
一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法,其包括以下步骤:
(1)功能化氧化石墨烯的制备:将偶联剂溶于醇水溶液中进行水解得到偶联剂水解液;取氧化石墨烯料液加入到偶联剂水解液中;搅拌均匀反应,得到功能化氧化石墨烯料液;
(2)功能化氧化石墨烯的快速组装:将步骤(1)制备的功能化氧化石墨烯料液雾化后通过热空气流场瞬间干燥组装得到功能化氧化石墨烯粉体。
在一种优选方案中,步骤(2)中的快速组装方法为:首先通过风机将空气源送至加热装置,设置温度,对空气进行预加热并形成热空气流场,利用泵将功能化的氧化石墨烯料液输送至热空气流场内并进行雾化,得到的雾滴与热空气接触混合完成传热和传质过程,最终通过旋风分离获得不同组装形态和尺寸的功能化氧化石墨烯粉体。
步骤(1)中醇水溶液的体积比例为10:90~90:10,醇为一元醇、二元醇和多元醇中一种或几种,例如乙二醇、三羟甲基乙烷、乙醇、十二烷二元醇、正丁醇等。
步骤(1)中氧化石墨烯料液的浓度为0.1-90mg/ml,氧化石墨烯尺寸为0.05-100μm,料液溶剂为水、丙酮、乙醇、乙二醇、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
步骤(1)偶联剂与氧化石墨烯质量比为1:100~100:1。
步骤(1)所用偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中一种或几种;硅烷偶联剂为一氯硅烷、单异氰酸酯基丙基硅烷、单氨基硅烷、单苯胺烷基硅烷、单巯丙基硅烷或单烷氧基硅烷中的一种或几种;例如乙烯基二甲氧基氯硅烷、单甲氧基硅烷、三乙基异氰酸酯基丙基硅烷、氨丙基乙烯基二甲基硅烷、巯丙基乙烯基二甲氧基硅烷、苯基二甲基乙氧基硅烷、单苯胺烷基硅烷、单氨基硅烷等中的一种或几种。
步骤(1)氧化石墨烯和偶联剂反应温度为20-100℃,反应时间为0.5-48h。
在步骤(2)中,所述风机为引风机、鼓风机中的一种,风机风量为50-500m3/h。
在步骤(2)中,加热装置采用电加热方式,加热温度为60-350℃。
步骤(2)中,所述泵为蠕动泵、气动泵、离心泵中的一种,泵的流量为0.5-30L/h;雾化方式为离心式、压力式、气流式中的一种。
在步骤(2)中,功能化氧化石墨烯粉体组装形态为单层或少层片状、花状、球状,尺寸为1-20μm。
按照上述功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法,获得的氧化石墨烯组装形态和尺寸分布与干燥阶段的热空气流场温度和雾化阶段的雾化方式等参数相关。功能化氧化石墨烯粉体组装形态为单层或少层片状、花状、球状,平均直径或尺寸约为1-20μm。
按照上述制备功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法,可以连续化操作,实现功能化氧化石墨烯粉体的连续化生产。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明功能化氧化石墨烯的组装形态和尺寸分布均可以通过快速组装过程中干燥阶段的热空气流场温度和雾化阶段的雾化方式等参数进行调控。采用较低的热空气流场温度时,获得的功能化氧化石墨烯组装形态为片状,尺寸较大。随着热空气流场温度的升高,功能化氧化石墨烯可组装成花状或球状,尺寸偏小。同时,功能化氧化石墨烯的组装形态还与其雾化方式相关,通过调控雾化方式实现功能化氧化石墨烯组装形态可控。气流式可以组装成片状,离心式、压力式可以组装成球状或花状。而传统的真空烘箱干燥或真空冷冻干燥由于范德华力的作用使片层连接到一起,无法调控粉体形貌和结构,并且尺寸分布不均匀,分散性差。本发明实现了功能化氧化石墨烯的组装形态及尺寸可控,为功能化氧化石墨烯在不同领域的的广泛应用奠定了基础。
(2)本发明功能化氧化石墨烯是由氧化石墨烯料液改性得到的,不仅使其在原本料液中分散性更好,也可在甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、四氢呋喃等溶剂中具有良好的分散性,扩展了氧化石墨烯及石墨烯的应用领域,并有益于推动石墨烯粉体的规模化制备。
(3)本发明制备方法简单易行、生产效率高、成本低,适合工业化大规模化生产。
附图说明
图1为实施例1制得的功能化氧化石墨烯的红外表征图。
图2为实施例1制得的功能化氧化石墨烯的SEM表征图。
图3为实施例1制得的功能化氧化石墨烯的AFM表征图。
图4为实施例2制得的功能化氧化石墨烯的SEM表征图。
图5为实施例4制得的功能化氧化石墨烯的SEM表征图。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本发明。
实施例1
(1)功能化氧化石墨烯的制备
将乙烯基二甲氧基氯硅烷溶于正丁醇水溶液中,其中正丁醇与水体积比例为50:50,水解得到乙烯基二甲氧基氯硅烷偶联剂水解液;量取10mg/ml氧化石墨烯水分散液,按乙烯基二甲氧基氯硅烷与氧化石墨烯质量比为10:1,加入到乙烯基二甲氧基氯硅烷偶联剂水解液;搅拌均匀后,40℃反应30h,得到功能化氧化石墨烯料液。
(2)功能化氧化石墨烯的快速组装
将步骤(1)制备的功能化氧化石墨烯料液通过压缩空气雾化后再经过120℃的热空气流场瞬间干燥组装得到功能化氧化石墨烯粉体。具体的操作步骤是,首先调节鼓风机的风量为120m3/h,将空气源送至加热器,设置加热温度为120℃,对空气进行预加热并输入形成热空气流场,调节蠕动泵流量为5L/h,将功能化氧化石墨烯料液输送至热空气流场并利用压缩空气对其进行雾化,雾化的液滴在热空气流场内完成传热和传质的快速组装过程,功能化氧化石墨烯粉体通过旋风分离获得。
图1所示为功能化氧化石墨烯红外表征图,其中在1100cm-1左右的峰为功能化后的峰。图2为功能化氧化石墨烯的SEM表征图,表现出很明显的褶皱现象,功能化氧化石墨烯组装成片状,平均尺寸约20μm。图3为制得的功能化氧化石墨烯的AFM表征图,厚度约为1.2nm,说明是单层片状结构。
实施例2
(1)功能化氧化石墨烯的制备
将单甲氧基硅烷、三乙基异氰酸酯基丙基硅烷溶于十二烷二元醇水溶液中,其中十二烷二元醇与水体积比例为90:10,水解得到单甲氧基硅烷、三乙基异氰酸酯基丙基硅烷偶联剂水解液;量取90mg/ml氧化石墨烯在二甲基亚砜中的分散液,按单甲氧基硅烷、三乙基异氰酸酯基丙基硅烷与氧化石墨烯质量比为100:1,加入到单甲氧基硅烷、三乙基异氰酸酯基丙基硅烷偶联剂水解液;搅拌均匀后,100℃反应0.5h,得到功能化氧化石墨烯料液。
(2)功能化氧化石墨烯的快速组装
将步骤(1)制备的功能化氧化石墨烯料液通过离心雾化后再经过350℃热空气流场瞬间干燥组装得到功能化氧化石墨烯粉体。具体的操作步骤是,首先调节引风机的风量为500m3/h,将空气源送至加热器,设置加热温度为350℃,对空气进行预加热并输入形成热空气流场,调节离心泵流量为30L/h,将功能化氧化石墨烯料液输送至热空气流场并通过离心将其进行雾化,雾化的液滴在热空气流场内完成传热和传质的快速组装过程,氧化石墨烯粉体通过旋风分离获得。
利用SEM表征快速组装的功能化氧化石墨烯形貌,如图4所示,功能化氧化石墨烯组装成球状,平均尺寸约为1μm。
实施例3
(1)功能化氧化石墨烯的制备
将氨丙基乙烯基二甲基硅烷、巯丙基乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲基甲氧基硅烷溶于乙醇和乙二醇水溶液中,其中乙醇和乙二醇与水体积比例为10:90,水解得到氨丙基乙烯基二甲基硅烷、巯丙基乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲基甲氧基硅烷偶联剂水解液;量取0.01mg/ml氧化石墨烯在丙酮、乙醇中的分散液,按氨丙基乙烯基二甲基硅烷、巯丙基乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲基甲氧基硅烷与氧化石墨烯质量比为1:100,加入到氨丙基乙烯基二甲基硅烷、巯丙基乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二甲基甲氧基硅烷偶联剂水解液;搅拌均匀后,20℃反应48h,得到功能化氧化石墨烯料液。
(2)功能化氧化石墨烯的快速组装
将步骤(1)制备的功能化氧化石墨烯料液高压雾化后再经过60℃热空气流场瞬间干燥组装得到功能化氧化石墨烯粉体。具体的操作步骤是,首先调节鼓风机的风量为50m3/h,将空气源送至加热器,设置加热温度为60℃,对空气进行预加热并输送形成热空气流场,调节气动泵流量为0.5L/h,将功能化氧化石墨烯料液输送至热空气流场并利用高压对其进行雾化,雾化的液滴在热空气流场内完成传热和传质的快速组装过程,功能化氧化石墨烯粉体通过旋风分离获得。
实施例4
(1)功能化氧化石墨烯的制备
将苯基二甲基乙氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷、单苯胺烷基硅烷、单氨基硅烷溶于三羟甲基乙烷水溶液中,其中三羟甲基乙烷醇与水体积比例为40:60,水解得到苯基二甲基乙氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷、单苯胺烷基硅烷、单氨基硅烷偶联剂水解液;量取60mg/ml氧化石墨烯在二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮中的分散液,按苯基二甲基乙氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷、单苯胺烷基硅烷、单氨基硅烷与氧化石墨烯质量比为50:1,加入到苯基二甲基乙氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷、单苯胺烷基硅烷、单氨基硅烷偶联剂水解液;搅拌均匀后,60℃反应18h,得到功能化氧化石墨烯料液。
(2)功能化氧化石墨烯的快速组装
将步骤(1)制备的功能化氧化石墨烯料液高压雾化后再经过300℃热空气流场瞬间干燥组装得到功能化氧化石墨烯粉体。具体的操作步骤是,首先调节引风机的风量为300m3/h,将空气源送至加热器,设置加热温度为300℃,对空气进行预加热并输入形成热空气流场,调节蠕动泵流量为20L/h,将功能化氧化石墨烯料液输送至热空气流场并利用高压对其进行雾化,雾化的液滴在热空气流场内完成传热和传质的快速组装过程,功能化氧化石墨烯粉体通过旋风分离获得。
利用SEM表征快速组装的功能化氧化石墨烯形貌,如图5所示,功能化氧化石墨烯组装成花状,平均尺寸约为7μm。
实施例5
(1)功能化氧化石墨烯的制备
将三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯溶于乙二醇水溶液中,其中乙二醇与水体积比例为30:70,水解得到钛酸酯偶联剂水解液;量取30mg/ml氧化石墨烯在丙酮、乙二醇中的分散液,按三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯与氧化石墨烯质量比为1:50,加入钛酸酯偶联剂水解液;搅拌均匀后,60℃反应48h,得到功能化氧化石墨烯料液。
(2)功能化氧化石墨烯的快速组装
将步骤(1)制备的功能化氧化石墨烯料液高压雾化后再经过150℃热空气流场瞬间干燥组装得到功能化氧化石墨烯粉体。具体的操作步骤是,首先调节鼓风机的风量为200m3/h,将空气源送至加热器,设置加热温度为150℃,对空气进行预加热并输入形成热空气流场,调节蠕动泵流量为10L/h,将功能化氧化石墨烯料输送至热空气流场并利用高压对其进行雾化,雾化的液滴在热空气流场完成传热和传质的快速组装过程,功能化氧化石墨烯粉体通过旋风分离获得。
以上列举仅是本发明的具体实施例子。显然,本发明不仅限于以上实施例子,还可以有许多变形。由本发明内容可直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)功能化氧化石墨烯的制备:将偶联剂溶于醇水溶液中进行水解得到偶联剂水解液;取氧化石墨烯料液加入到偶联剂水解液中;搅拌均匀反应,得到功能化氧化石墨烯料液;
(2)功能化氧化石墨烯的快速组装:将步骤(1)制备的功能化氧化石墨烯料液雾化后通过热空气流场瞬间干燥组装得到功能化氧化石墨烯粉体。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(2)中的快速组装方法为:首先通过风机将空气源送至加热装置,设置温度,对空气进行预加热并形成热空气流场,利用泵将功能化的氧化石墨烯料液输送至热空气流场内并进行雾化,得到的雾滴与热空气接触混合完成传热和传质过程,最终通过旋风分离获得不同组装形态和尺寸的功能化氧化石墨烯粉体。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于所述步骤(1)中醇水溶液的体积比例为10:90~90:10,醇为一元醇、二元醇和多元醇中一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于所述步骤(1)中氧化石墨烯料液的浓度为0.1-90mg/ml,氧化石墨烯尺寸为0.05-100μm,料液溶剂为水、丙酮、乙醇、乙二醇、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于所述步骤(1)偶联剂与氧化石墨烯质量比为1:100~100:1。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于所述步骤(1)所用偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂的一种或几种;氧化石墨烯和偶联剂的反应温度为20-100℃,反应时间为0.5-48h。
7.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于在步骤(2)中,所述风机为引风机、鼓风机中的一种,风机风量为50-500m3/h。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于在步骤(2)中,加热装置采用电加热方式,加热温度为60-350℃。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于在步骤(2)中,所述泵为蠕动泵、气动泵、离心泵中的一种,泵的流量为0.5-30L/h;雾化方式为离心式、压力式、气流式中的一种。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于在步骤(2)中,功能化氧化石墨烯粉体组装形态为单层或少层片状、花状、球状,平均直径或尺寸约为1-20μm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610411315.4A CN106082187B (zh) | 2016-06-13 | 2016-06-13 | 一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610411315.4A CN106082187B (zh) | 2016-06-13 | 2016-06-13 | 一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106082187A true CN106082187A (zh) | 2016-11-09 |
CN106082187B CN106082187B (zh) | 2019-03-29 |
Family
ID=57845342
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610411315.4A Active CN106082187B (zh) | 2016-06-13 | 2016-06-13 | 一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106082187B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106744840A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-05-31 | 青岛科技大学 | 一种原位自组装氧化石墨烯微球的制备方法 |
CN107585763A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-01-16 | 南京旭羽睿材料科技有限公司 | 一种石墨烯颗粒及其制作方法 |
CN108502875A (zh) * | 2017-02-23 | 2018-09-07 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 高吸光性能的放射状石墨烯团簇、其制备方法与应用 |
CN113171749A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-07-27 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种用于去除铀钚核素的磁性吸附剂、制备方法及应用 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101993065A (zh) * | 2010-12-17 | 2011-03-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种制备石墨烯粉体的方法 |
CN102642830A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-22 | 南京大学 | 一种硅烷偶联剂修饰石墨烯的制备方法 |
CN104030276A (zh) * | 2014-06-09 | 2014-09-10 | 中南大学 | 一种少层石墨烯的制备方法 |
CN104556008A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-29 | 江苏江大环保科技开发有限公司 | 一种利用喷雾干燥及微波生产石墨烯的生产工艺 |
CN105148880A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-12-16 | 东华大学 | 一种石墨烯微球固相萃取剂的制备方法和使用方法 |
-
2016
- 2016-06-13 CN CN201610411315.4A patent/CN106082187B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101993065A (zh) * | 2010-12-17 | 2011-03-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种制备石墨烯粉体的方法 |
CN102642830A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-22 | 南京大学 | 一种硅烷偶联剂修饰石墨烯的制备方法 |
CN104030276A (zh) * | 2014-06-09 | 2014-09-10 | 中南大学 | 一种少层石墨烯的制备方法 |
CN104556008A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-29 | 江苏江大环保科技开发有限公司 | 一种利用喷雾干燥及微波生产石墨烯的生产工艺 |
CN105148880A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-12-16 | 东华大学 | 一种石墨烯微球固相萃取剂的制备方法和使用方法 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106744840A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-05-31 | 青岛科技大学 | 一种原位自组装氧化石墨烯微球的制备方法 |
CN106744840B (zh) * | 2016-12-14 | 2018-11-09 | 青岛科技大学 | 一种原位自组装氧化石墨烯微球的制备方法 |
CN108502875A (zh) * | 2017-02-23 | 2018-09-07 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 高吸光性能的放射状石墨烯团簇、其制备方法与应用 |
CN108502875B (zh) * | 2017-02-23 | 2021-06-08 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 高吸光性能的放射状石墨烯团簇、其制备方法与应用 |
CN107585763A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-01-16 | 南京旭羽睿材料科技有限公司 | 一种石墨烯颗粒及其制作方法 |
CN107585763B (zh) * | 2017-10-23 | 2018-10-19 | 南京旭羽睿材料科技有限公司 | 一种石墨烯颗粒及其制作方法 |
CN113171749A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-07-27 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种用于去除铀钚核素的磁性吸附剂、制备方法及应用 |
CN113171749B (zh) * | 2021-03-16 | 2022-08-09 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种用于去除铀钚核素的磁性吸附剂、制备方法及应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106082187B (zh) | 2019-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106082187A (zh) | 一种功能化氧化石墨烯及其组装的快速制备方法 | |
CN103977870B (zh) | 采用气流粉碎剥离工艺制备石墨烯前驱体二维纳米石墨粉的方法 | |
CN103524785B (zh) | 一种石墨烯/SiO2复合材料及其制备方法与应用 | |
CN100532253C (zh) | 一种类球形α-磷酸锆及其制备方法 | |
US11097242B2 (en) | Wet gel granule of aerogel and preparation method thereof | |
CN101838479B (zh) | 一种可分散超细二氧化硅的制备方法 | |
CN108129671B (zh) | 一种基于硅橡胶微球制备具有超疏水性的微纳小球的方法 | |
CN105523550A (zh) | 一种利用圆盘式气流粉碎机制备石墨烯微片的方法 | |
CN105949555A (zh) | 密炼生产过程中氧化石墨烯预分散混炼工艺 | |
US11618682B2 (en) | Mixed slurry of strong and weak graphene oxides and preparation method of mixed slurry, and composite film of strong and weak graphene oxides and preparation method of composite film | |
CN105399987A (zh) | 表面修饰的二氧化硅/氧化石墨烯纳米复合材料及制备方法 | |
Xue et al. | A simple and controllable graphene-templated approach to synthesise 2D silica-based nanomaterials using water-in-oil microemulsions | |
CN105883788A (zh) | 一种功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法 | |
CN107973935A (zh) | 一种改性白炭黑及其制备方法 | |
CN104619636A (zh) | 复合材料及其制造方法 | |
CN109294283A (zh) | 一种多相纳米级复合碳材料的制备方法 | |
CN109369882B (zh) | 一种基于纳米流体的二氧化钛薄膜制备方法 | |
CN111018552A (zh) | 一种高度均一性纳米微孔隔热板及其制备方法 | |
CN113861969A (zh) | 一种基于微流控气喷制备碳量子点的方法 | |
CN102850828A (zh) | 一种活性纳米二氧化硅复合物及其制备方法 | |
CN109608699A (zh) | 一种微纳复合粒子及其制备工艺和装置 | |
CN109603787A (zh) | 一种微纳复合粒子及其液相插入制备工艺 | |
CN109437215A (zh) | 一种微纳复合粒子及其真空负压嵌入制备工艺 | |
CN102242407A (zh) | 一种氧化硅/银纳米复合纤维的制备方法 | |
CN1108860C (zh) | 一种膜分散制备超细颗粒的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |