CN106395809A - 一种常温制备氧化石墨烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种常温制备氧化石墨烯的方法,其步骤:(1)将石墨粉加入至混酸,磁力搅拌后洗涤,干燥,得到除杂后的石墨粉;(2)将浓硫酸溶液加入氧化剂中混合,搅拌,得到氧化混合溶液;将除杂后的石墨粉加入到氧化混合溶液中搅拌,抽滤,干燥,得到第一次氧化石墨混合物;(3)将第一次氧化后的石墨粉和硝酸钠加入到硫酸中,磁力搅拌,再向混合液中加入高锰酸钾,磁力搅拌、水浴后,得到第二次氧化石墨混合液;(4)向第二次氧化石墨混合液中滴加加入双氧水,再加入大量去离子水,静置分层,再加入盐酸,得到盐酸混合液;将盐酸混合液离心下进行洗涤,得到氧化石墨烯。该方法制得的氧化石墨烯氧化程度高,且反应条件温和,反应时间短,合成设备简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种常温制备氧化石墨烯的方法。
背景技术
2004年英国曼彻斯特大学的学者制备出单层石墨烯,引发石墨烯及其相关材料的的研究,世界各国在全力发展石墨烯产业。氧化石墨烯是石墨烯众多衍生物之一,是一种由单原子层构成的二维网络结构的柔性材料,厚度约为1 nm,同时也是化学氧化还原法合成石墨烯的前驱体,具有聚合物、胶体、薄膜以及两性分子的特性。氧化石墨烯主要是由碳原子和一些极性含氧官能团(如-OH、-COOH、C=O、-O-等)组成,由于仅保留了石墨烯中离域π共轭体系,因此,氧化石墨烯展现出与石墨烯不同的物理与化学性质。氧化石墨烯具有良好的亲水性,高比表面积与π-π堆积作用,为氧化石墨烯的应用提供了优势。化学制备氧化石墨烯的主要方法有Brodie法、Staudenmaier法、Hofmann法、Hummers法四种,其中,Brodie法和Staudenmaier法氧化程度高,但是,该二种方法在制备氧化石墨烯的过程中会产生ClO2、NO2或者N2O4等有害气体,且反应时间长;Hummers法制备氧化石墨过程中无有毒气体ClO2产生,安全性较高,但是,该方法工艺复杂,分为低温、中温、高温三个反应阶段,尤其是低温反应需要控制温度在0~5℃,反应时间较长,反应条件不易控制,并且该法所制备的氧化石墨烯的氧化程度低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种常温制备氧化石墨烯的方法,该方法制得的氧化石墨烯氧化程度高,且反应条件温和,反应时间短,合成设备简单,能耗低。
为达到上述目的,本发明的技术方案是
采用天然鳞片石墨粉为原料,首先用混酸对石墨进行预处理,对石墨原料进行除杂,然后再用混合氧化剂对石墨进行预氧化,使得反应时间缩短,并在反应过程中进一步氧化,通过改变氧化剂种类与石墨粉的比例和反应时间,获得所需氧化石墨烯。
本发明的一种常温制备氧化石墨烯的方法,其具体步骤如下:
(1). 称取一定质量体积比的200ml混酸溶液,然后将10g石墨粉加入至上述混酸溶液,磁力搅拌1~6h,用pH值为7的去离子水洗涤至中性,再放入50~80℃真空烘箱中干燥,得到除杂后的石墨粉;
(2). 将50ml的浓硫酸溶液加入到烧瓶中,再将10g的氧化剂加入到烧瓶中混合,将混合溶液置于水浴锅中,磁力搅拌0.5~6h,得到氧化混合溶液;将5g步骤(1)所得的除杂后的石墨粉加入到上述氧化混合溶液中,在50~80℃水浴下氧化反应1~6h,均匀搅拌,得到深蓝色的混合物;然后,加入大量的去离子水稀释,抽滤,将上述深蓝色的混合物洗涤至中性,放入60℃真空烘箱中干燥,得到第一次氧化石墨混合物;
(3). 分别将第一次氧化后的石墨粉1~5g和硝酸钠0.5~2.5g加入到23~150ml的浓度为98%的硫酸中,磁力搅拌0.5~6h;然后,再向上述混合液中缓慢加入6~15g的高锰酸钾固体,继续磁力搅拌2~6h;在30~60℃下恒温水浴,水浴时间 0.5~2 h后,得到第二次氧化石墨混合液;
(4). 向步骤(3)所得第二次氧化石墨混合液中滴加100~300 ml的去离子水,然后加入20~70ml双氧水,除去金属氧化物,再加入大量去离子水,静置分层,再加入体积分数为10%~30%的盐酸,得到盐酸混合液;然后将所得盐酸混合液在离心转速为4000~10000 r/min下进行洗涤,直至上清液的PH值为7,即得到氧化石墨烯。
优选步骤(1)中所述的混酸为盐酸、硫酸、氢氟酸、硝酸或磷酸中的两种或多种混合物。
优选步骤(2)中所述的氧化剂为过氧化钠、高锰酸钾、过硫酸钾或五氧化二磷中的一种或多种。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1). 本发明制备氧化石墨烯的方法,其中温反应时间为1h,而现有的制备氧化石墨烯过程中,其中温反应时间大于4h,反应时间大幅度缩短并且制备氧化石墨烯的氧化程度高,其碳氧比可达1.5:1。
(2)本发明制备氧化石墨烯的方法,其反应条件温和,操作简单,制备的氧化石墨烯易溶于水,具有良好的水分散性能、机械性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1:
一种常温制备氧化石墨烯的方法,其具体步骤如下:
(1).称取盐酸和硫酸,按盐酸和硫酸质量体积比为3 :1混合, 得到200ml混酸溶液,然后将10g石墨粉加入至上述混酸溶液,磁力搅拌4h,用pH值为7的去离子水洗涤,以除去杂质,再放入60℃真空烘箱中干燥,得到除杂后的石墨粉;
(2).将50ml的浓硫酸溶液加入到烧瓶中,再将5g过硫酸钾与5g五氧化二磷加入到烧瓶中混合,将混合溶液置于水浴锅中,磁力搅拌0.5h,得到氧化混合溶液;将5g步骤(1)所得的除杂后的石墨粉加入到上述氧化混合溶液中,在80℃水浴下氧化反应1h,均匀搅拌,得到深蓝色的混合物;然后,加入大量的去离子水稀释,抽滤,将上述深蓝色的混合物调节至中性,放入60℃真空烘箱中干燥,得到第一次氧化石墨混合物;
(3). 分别将步骤(2)得到的第一次氧化石墨粉3g和硝酸钠1.5g加入到70ml的浓度为98%的硫酸中,磁力搅拌0.5h;然后,再向上述混合液中缓慢加入9g的高锰酸钾固体,继续磁力搅拌4h;在35℃下恒温水浴,水浴时间1 h后,得到第二次氧化石墨混合液;
(4). 向步骤(3)所得第二次氧化石墨混合液中滴加140 ml的去离子水,然后加入20ml双氧水,除去金属氧化物,再加入大量去离子水,静置分层,再加入体积分数为10% 的盐酸,得到盐酸混合液;然后将所得盐酸混合液在离心转速为4000r/min下进行洗涤,直至上清液的PH值为7,即得到氧化石墨烯。
本发明实施例中所制得的氧化石墨烯的表征,通过X光电子能谱(XPS)测得C:O=2.7:1,由此可以看出,制得到的氧化石墨烯具有丰富的含氧功能团。
实施例2:
本实施例2与实施例1基本相同,其特征之处在于:本实施例2中步骤(1)中所述的 “称取盐酸和硝酸,按盐酸和硝酸质量体积比为2 :1混合, 得到200ml混酸溶液” 代替了实施例1中步骤(1)中所述的“ 称取盐酸和硫酸,按盐酸和硫酸质量体积比为3 :1混合, 得到200ml混酸溶液”,所制得的氧化石墨烯的表征,通过X光电子能谱(XPS)测得C:O=3.5:1,由此可以看出,得到的氧化石墨烯具有丰富的含氧功能团。
实施例3:
本实施例3与实施例1基本相同,其特征之处在于:本实施例3中步骤(1)中所述的“称取盐酸和磷酸,按盐酸和磷酸质量体积比为1 :1混合,得到200ml混酸溶液” 代替了实施例1中步骤(1)中所述的“称取盐酸和硫酸,按盐酸和硫酸质量体积比为3 :1混合, 得到200ml混酸溶液”, 所制得的氧化石墨烯的表征,通过X光电子能谱(XPS)测得C:O=4.3:1,由此可以看出,制得到的氧化石墨烯具有丰富的含氧功能团。
实施例4:
本实施例4与实施例1基本相同,其特征之处在于:本实施例4中步骤(1)中所述的“称取盐酸和氢氟酸,按盐酸和氢氟酸质量体积比为1:1混合, 得到200ml混酸溶液” 代替了实施例1中步骤(1)中所述的“称取盐酸和硫酸,按盐酸和硫酸质量体积比为3 :1混合, 得到200ml混酸溶液”,所制得的氧化石墨烯的表征,通过X光电子能谱(XPS)测得C:O=4.6:1,由此可以看出,制得到的氧化石墨烯具有丰富的含氧功能团。
实施例5:
本实施例5与实施例1基本相同,其特征之处在于:本实施例5中步骤(3)中所述“再向上述混合液中缓慢加入15g的高锰酸钾固体,继续磁力搅拌4h;在55℃下恒温水浴,水浴时间2h”代替了实施例1中步骤(3)中所述的“再向上述混合液中缓慢加入9g的高锰酸钾固体,继续磁力搅拌4h;在35℃下恒温水浴,水浴时间1 h”,所制得的氧化石墨烯的表征,通过X光电子能谱(XPS)测得C:O=1.5:1,由此可以看出,制得到的氧化石墨烯具有丰富的含氧功能团。
Claims (3)
1.一种常温制备氧化石墨烯的方法,其特征在于,该方法的具体步骤如下:
称取一定质量体积比的200ml混酸溶液,然后将10g石墨粉加入至上述混酸溶液,磁力搅拌1~6h,用pH值为7的去离子水洗涤,以除去杂质,再放入50~80℃真空烘箱中干燥,得到除杂后的石墨粉;
将50ml的浓硫酸溶液加入到烧瓶中,再将10g的氧化剂加入到烧瓶中混合,将混合溶液置于水浴锅中,磁力搅拌0.5~6h,得到氧化混合溶液;将5g步骤(1)所得的除杂后的石墨粉加入到上述氧化混合溶液中,在50~80℃水浴下氧化反应1~6h,均匀搅拌,得到深蓝色的混合物;然后,加入大量的去离子水稀释,抽滤,将上述深蓝色的混合物洗涤至中性,放入60℃真空烘箱中干燥,得到第一次氧化石墨混合物;
分别将第一次氧化后的石墨粉1~5g和硝酸钠0.5~2.5g加入到23~150ml的浓度为98%的硫酸中,磁力搅拌0.5~6h;然后,再向上述混合液中缓慢加入6~15g的高锰酸钾固体,继续磁力搅拌2~6h;在30~60℃下恒温水浴,水浴时间 0.5~2h后,得到第二次氧化石墨混合液;
向步骤(3)所得第二次氧化石墨混合液中滴加 100~300 ml的去离子水,然后加入20~70ml双氧水,除去金属氧化物,再加入大量去离子水,静置分层,再加入体积分数为10%~30% 的盐酸,得到盐酸混合液;然后将所得盐酸混合液在离心转速为4000~10000 r/min下进行洗涤,直至上清液的PH值为7,即得到氧化石墨烯。
2.如权利要求1所述的一种常温制备氧化石墨烯的方法,其特征在于:上述步骤(1)中所述的混酸为盐酸、硫酸、氢氟酸、硝酸或磷酸中的两种或多种混合物。
3.如权利要求2 所述的一种常温制备氧化石墨烯的方法,其特征在于:上述步骤(2)中所述的氧化剂为过氧化钠、高锰酸钾、过硫酸钾或五氧化二磷中的一种或多种。
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CN (1) | CN106395809A (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107043104A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-08-15 | 桂林理工大学 | 一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法 |
CN108217634A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-06-29 | 济南开发区星火科学技术研究院 | 一种羟基化石墨烯的制备方法 |
WO2018187921A1 (zh) * | 2017-04-11 | 2018-10-18 | 深圳市佩成科技有限责任公司 | 改进的氧化石墨烯的制备方法 |
CN109055922A (zh) * | 2018-09-05 | 2018-12-21 | 东北大学 | 一种一步活化法制备化学镀铁石墨烯的方法 |
CN109956468A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-02 | 天津市职业大学 | 一种同时制备石墨烯和二氧化氯的方法 |
CN111204753A (zh) * | 2020-02-12 | 2020-05-29 | 西安工程大学 | 一种剥离氧化石墨制备氧化石墨烯的方法 |
CN111341997A (zh) * | 2017-10-13 | 2020-06-26 | 南京旭羽睿材料科技有限公司 | 新型石墨烯膜电极制备方法 |
CN112044398A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-08 | 昆明理工大学 | 一种石墨烯吸附材料在处理苯酚废水中的应用 |
CN112265986A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-26 | 武汉轻工大学 | 一种氧化石墨烯及其制备方法 |
CN115092923A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-09-23 | 六盘水师范学院 | 一种废干电池综合回收及再生利用方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104477854A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-04-01 | 武汉理工大学 | 三元半导体量子点∕石墨烯功能复合材料及其制备方法 |
CN104860302A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-08-26 | 南京信息工程大学 | 一种宽层间距、易剥离氧化石墨的制备方法 |
-
2016
- 2016-11-05 CN CN201610967922.9A patent/CN106395809A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104477854A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-04-01 | 武汉理工大学 | 三元半导体量子点∕石墨烯功能复合材料及其制备方法 |
CN104860302A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-08-26 | 南京信息工程大学 | 一种宽层间距、易剥离氧化石墨的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
LEILA SHAHRIARY ET AL;: "Graphene oxide synthesized by using modified Hummers approach", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF RENEWABLE ENERGY AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING》 * |
余宗学等: "氧化环境和比例对改性 Hummers法制备氧化石墨烯的影响", 《化学通报》 * |
吴春霞: "石墨烯纳米复合材料的制备与表征", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018187921A1 (zh) * | 2017-04-11 | 2018-10-18 | 深圳市佩成科技有限责任公司 | 改进的氧化石墨烯的制备方法 |
CN107043104A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-08-15 | 桂林理工大学 | 一种石墨烯量子点诱导高氮掺杂光还原氧化石墨烯制备方法 |
CN111341997A (zh) * | 2017-10-13 | 2020-06-26 | 南京旭羽睿材料科技有限公司 | 新型石墨烯膜电极制备方法 |
CN111341997B (zh) * | 2017-10-13 | 2021-05-28 | 南京旭羽睿材料科技有限公司 | 石墨烯膜电极制备方法 |
CN108217634A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-06-29 | 济南开发区星火科学技术研究院 | 一种羟基化石墨烯的制备方法 |
CN109055922A (zh) * | 2018-09-05 | 2018-12-21 | 东北大学 | 一种一步活化法制备化学镀铁石墨烯的方法 |
CN109956468A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-02 | 天津市职业大学 | 一种同时制备石墨烯和二氧化氯的方法 |
CN111204753A (zh) * | 2020-02-12 | 2020-05-29 | 西安工程大学 | 一种剥离氧化石墨制备氧化石墨烯的方法 |
CN112044398A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-08 | 昆明理工大学 | 一种石墨烯吸附材料在处理苯酚废水中的应用 |
CN112265986A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-26 | 武汉轻工大学 | 一种氧化石墨烯及其制备方法 |
CN112265986B (zh) * | 2020-10-16 | 2022-04-22 | 武汉轻工大学 | 一种氧化石墨烯及其制备方法 |
CN115092923A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-09-23 | 六盘水师范学院 | 一种废干电池综合回收及再生利用方法 |
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