CN106744914B - 一种纳米石墨片的制备方法 - Google Patents
一种纳米石墨片的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106744914B CN106744914B CN201611145218.1A CN201611145218A CN106744914B CN 106744914 B CN106744914 B CN 106744914B CN 201611145218 A CN201611145218 A CN 201611145218A CN 106744914 B CN106744914 B CN 106744914B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reaction
- preparation
- graphite flakes
- cac
- powder
- 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.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种纳米石墨片的制备方法,属于碳材料技术领域。将CaC2粉末与纯CO2气体在600~900℃之间进行气固反应,反应结束后将密闭容器自然冷却至室温,通过盐酸、蒸馏水洗涤除去副产物CaO,烘干后即得纳米石墨片。本发明具有工艺过程简单、原料价格低廉、反应温度低、周期短、能耗低、无需催化剂等优点,适合大规模工业化生产。所制备的碳纳米片在催化、电化学储能、气体分离与吸附等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备纳米石墨片的化学方法,属于碳材料技术领域。
背景技术
近年来,由于碳材料结构的多样性以及独特的热学、电学、光学等物理化学性质,因此广泛地应用于催化、能源、气体分离与吸附等领域。有鉴于此,越来越多的研究者们不断地探索合成具有新型结构形貌与性质的碳材料。石墨化碳纳米片由于具有较高的比表面积和导电性,因此同时受到了研究者们的大量关注。目前,合成石墨化碳材料的方法主要有高温热处理(2200~3000℃)与过渡金属催化石墨化两种方法。(Carbon,2004,42,3049-3055.Langmuir,2000,16,4367-4373.)高温热处理由于需要较大的能耗、生产设备昂贵以及所制备的石墨化碳产物比表面结较小的缺点,阻碍了石墨化碳材料的大规模应用。尽管催化石墨化的方法需要较低的温度(~1000℃),但在制备石墨化碳的过程中需要加入过渡金属(或其氧化物)催化剂,这不仅增加了生产的成本,而且也增加了后处理中纯化处理石墨化碳材料的难度。采用钙、镁等金属还原CO2可以制备纳米石墨材料,但由于该反应非常剧烈,热效应大,实际反应温度超过1100℃,产物发生严重烧结。这些特征表明钙、镁等金属与CO2反应容易发生热失控,不利于批量化生产纳米石墨片材料。可见,发展一种纳米石墨片高效、低成本的批量化制备方法仍然具有较大的挑战性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、环保且易于批量化的纳米石墨片的制备方法。
本发明提出在一定的温度和压力环境下,利用CaC2与CO2的反应来制备纳米石墨片,该方法原料易得,操作简单,适合大规模工业化生产。
本发明提供的技术方案具体如下:
一种纳米石墨片的制备方法,包括以下步骤:首先将CaC2粉末在CO2气氛的密闭容器中升温至600~900℃,此时密闭容器内的气压≥0.1MPa,CaC2粉末和CO2气体发生氧化还原反应,反应结束后将密闭容器自然冷却至室温,然后取出固体产物,依次用盐酸、蒸馏水洗涤以除去固相副产物,最后烘干,即得纳米石墨片。
所述纳米石墨片的厚度为5~50nm。
优选地:
所述的密闭容器为不锈钢反应釜。
所述的CaC2粉末盛放于氧化铝陶瓷坩埚中。
CaC2粉末和CO2气体反应时的气压为0.1-5MPa。
反应时间≥1小时。
本发明具有以下优点和有益效果:
1.本发明中CaC2原料可以通过CaO与生物质炭反应制得,来源非常广泛;CO2原料来源于大气,因此能够有效降低环境中的CO2。
2.本发明中由于CaC2与CO2的反应比较温和,因此其反应热不会剧烈释放,因此既有利于维持反应所需要的温度,也不会导致热失控发生。
3.本发明在制备纳米石墨片的过程中操作简单,原料廉价易得,反应温度低,无需额外加入催化剂,并且产物的后处理简单方便,因此整体来说所制备的纳米石墨片成本低廉,适合工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的最终产物XRD图。
图2为本发明实施例1所制备的最终产物SEM图。
图3为本发明实施例2所制备的最终产物经乙醇分散超声后的TEM图。
具体实施方式
下面将结合附图与实施例对本发明的技术方案进行具体的描述。本发明中,反应釜为不锈钢耐高温高压的特种钢,反应釜上方安装有压力阀,可以随时监控反应体系的压力变化。反应时CaC2粉末盛装在敞口高温氧化铝陶瓷容器之中。在反应过程中,为防止反应釜上方的密封圈老化,反应釜的上方周围需持续通冷凝水。反应结束待温度自然冷却后,从反应釜中取出产物,依次用稀盐酸、蒸馏水洗涤多次后,最后烘干得到纳米石墨片产物。
实施例1
首先将1.28g CaC2粉末均匀分散在氧化铝陶瓷坩埚内,然后将氧化铝陶瓷坩埚置于不锈钢反应釜内,用硅胶密封圈将反应釜密封,随后进行抽真空处理,接着向反应釜内通入一定压力的CO2气体。将反应釜升温至650℃,并且维持反应釜内压力为0.5MPa,反应20h后将反应釜温度自然降至室温,取出坩埚内部的产物,依次用0.1M稀盐酸、蒸馏水多次洗涤后,离心分离,最终所得固体粉末于80℃烘箱中烘干。图1所示的XRD图谱、以及图2所示的SEM图谱皆表明所制备的产物为纳米石墨片,从XRD图谱中我们可以看出所得产物具有较好的石墨化结构,从SEM图谱中我们可以看出所得产物为片状结构。
实施例2
首先将10g CaC2粉末均匀分散在氧化铝陶瓷坩埚内,然后将氧化铝陶瓷坩埚置于不锈钢反应釜内,通CO2气体将反应釜内空气排空后密封。将釜温控制在700℃左右,并且维持反应釜内部CO2的压力为0.5MPa。恒温反应20h后,待反应釜温度自然降至室温,取出坩埚内部的产物,依次经0.1M稀盐酸、蒸馏水多次洗涤过滤后,将最终所得固体粉末于80℃烘箱中烘干。将产物用乙醇超声分散后进行TEM测试,结果如图3所示,表明产物为厚度10-50nm的纳米石墨片。
实施例3
首先将10g CaC2粉末均匀分散在氧化铝陶瓷坩埚内,然后将氧化铝陶瓷坩埚置于不锈钢反应釜内,用硅胶密封圈将反应釜密封,随后进行抽真空处理,接着向反应釜内通入一定压力的CO2气体。按照程序升温的步骤,以10℃·min-1的升温速率将反应釜的温度从室温逐渐升温至700℃,并且维持反应釜内部CO2的压力为5MPa。恒温反应2h后,待反应釜温度自然降至室温,取出坩埚内部的产物,依次经0.1M稀盐酸、蒸馏水多次洗涤后,最终所得固体粉末于80℃烘箱中烘干。XRD、SEM、TEM测试表明反应产物为纳米石墨片。
实施例4
首先将5.0g CaC2粉末均匀分散在氧化铝陶瓷坩埚内,然后将氧化铝陶瓷坩埚置于不锈钢反应釜内,用硅胶密封圈将反应釜密封,随后进行抽真空处理,接着往反应釜内通入一定压力的CO2气体。按照程序升温的步骤,以10℃·min-1的升温速率将反应釜的温度从室温逐渐升温至800℃,并且维持反应釜内部CO2的压力为2MPa。恒温反应5h后,待反应釜温度自然降至室温,取出坩埚内部的产物,依次经0.1M稀盐酸、蒸馏水多次洗涤后,离心分离,最终所得固体粉末于80℃烘箱中烘干。其所得产物的表征结果与实施例1相同,说明产物为石墨化纳米片结构的碳材料。
Claims (6)
1.一种纳米石墨片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:首先将CaC2粉末在CO2气氛的密闭容器中升温至600~900℃,此时密闭容器内的气压≥0.1MPa,CaC2粉末和CO2气体发生氧化还原反应,反应结束后将密闭容器自然冷却至室温,然后取出固体产物,依次用盐酸、蒸馏水洗涤以除去固相副产物,最后烘干,即得纳米石墨片。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述纳米石墨片的厚度为5~50nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的密闭容器为不锈钢反应釜。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法,其特征在于:所述的CaC2粉末盛放于氧化铝陶瓷坩埚中。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:CaC2粉末和CO2气体反应时的气压为0.1-5MPa。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:反应时间≥1小时。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611145218.1A CN106744914B (zh) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | 一种纳米石墨片的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611145218.1A CN106744914B (zh) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | 一种纳米石墨片的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106744914A CN106744914A (zh) | 2017-05-31 |
CN106744914B true CN106744914B (zh) | 2019-02-12 |
Family
ID=58876366
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611145218.1A Active CN106744914B (zh) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | 一种纳米石墨片的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106744914B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115557492B (zh) * | 2022-10-20 | 2023-10-03 | 长江大学 | 一种由碳化钙和无定形碳低温合成石墨的方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102992307A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-03-27 | 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 | 一种锂离子电池用人造石墨负极材料、其制备方法及其用途 |
CN105189346A (zh) * | 2013-03-15 | 2015-12-23 | 西弗吉尼亚大学研究公司 | 用于纯碳产生的工艺、组合物和其方法 |
-
2016
- 2016-12-13 CN CN201611145218.1A patent/CN106744914B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102992307A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-03-27 | 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 | 一种锂离子电池用人造石墨负极材料、其制备方法及其用途 |
CN105189346A (zh) * | 2013-03-15 | 2015-12-23 | 西弗吉尼亚大学研究公司 | 用于纯碳产生的工艺、组合物和其方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106744914A (zh) | 2017-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105271203B (zh) | 多孔共掺杂石墨烯及其制备方法 | |
CN104671229B (zh) | 一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法 | |
CN104609421A (zh) | 活性炭制备方法 | |
CN103232458A (zh) | 一种具有单原子层结构的石墨相氮化碳材料的制备方法 | |
CN108313991B (zh) | 一种多孔石墨相氮化碳纳米片粉末的制备方法 | |
CN103407991B (zh) | 一种镍/氧化镍修饰氮掺杂石墨烯材料的制备方法 | |
CN109647459B (zh) | 一种组成可控的镍基磷化物的制备方法 | |
CN112619675B (zh) | 复合压电催化剂的制备方法及制备双氧水的方法 | |
CN104707642B (zh) | 一种g‑C3N4/CuO复合材料及其制备方法和应用 | |
CN107552075A (zh) | 一种θ‑AlF3微纳球催化剂的制备方法及其应用 | |
CN109569609A (zh) | 一种新型镍基复合材料的制备方法 | |
CN104549411A (zh) | 一种基于sba-15的镍基催化剂的制备及其在sng制备中的应用 | |
CN108948368B (zh) | 一种快速制备镍基金属有机框架材料的方法 | |
CN109569607A (zh) | 一种新型钴基复合材料的制备方法 | |
CN109794245A (zh) | 一种蜂窝状铁基加氢催化剂(Fe3O4@C)/C及其制备方法和应用 | |
CN110152670A (zh) | 一种Co3O4/CuO高效光热催化剂及其制备方法与应用 | |
CN106744914B (zh) | 一种纳米石墨片的制备方法 | |
CN103803664B (zh) | 一种四氧化三钴带核纳米空心球的制备方法 | |
CN109205580A (zh) | 一种球磨剥离石墨相氮化碳的方法 | |
CN106976854B (zh) | 一种制备碳材料的方法 | |
CN206424911U (zh) | 一种水热合成反应装置 | |
CN106423217A (zh) | 一种制氢用TiO2/MoS2/Au/Cu复合物光催化剂的制备方法 | |
CN106241770B (zh) | 一种竹基多孔碳的制备方法 | |
CN106356203B (zh) | 一种钴酸镍纳米片/石墨毡复合材料及其制备和应用 | |
CN110327959B (zh) | 一种BiVO4@CdIn2S4/g-C3N4可见光响应光催化剂及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |