CN108675289A - 一种石墨烯分散液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯分散液的制备方法，将石墨蛋白质混合悬浮液受到磨球的冲击和剪切作用下，蛋白质受到机械外力的作用发生降解，产生游离的氨基酸、寡肽和片段的蛋白质，使石墨蛋白质混合悬浮液中富含‑OH、‑COOH、‑SH等活泼基团，当石墨受到反复的冲击与剪切作用时，石墨层与层之间震动并逐渐形成边缘翘起的现象，石墨蛋白质混合悬浮液中活泼基团、氨基酸及部分寡肽被其吸附于并插入翘起的石墨层与层之间，随着冲击和剪切作用的增强不断发展，最终将石墨剥离形成单层石墨烯。由于单层石墨烯表面吸附溶液中游离活泼基团、氨基酸和寡肽，降低了石墨烯团聚的现象，使石墨烯分散液均匀稳定。

Description

一种石墨烯分散液的制备方法
技术领域
本发明涉及碳纳米材料制备领域，特别是指一种石墨烯分散液的制备方法。
背景技术
石墨烯材料具有优异的热传导性能和电学性能，被广泛应用于电子工业，其结构特点、性能特征、应用领域以及制备方法是全球学者研究的焦点。目前石墨烯的制备方法主要是机械剥离法、液相剥离法、氧化还原法、化学气相淀积法等，不同的方法制备的石墨烯的结构与性能略显差异。由于石墨烯具有较高的比表面积，制备的粉末易于团聚，影响其在溶剂中的分散性，不利于其在各种领域的应用。
因此，较多的技术人员研究石墨烯分散液的制备方法，如将石墨烯采用化学方法进行修饰，使其表面形成羟基、羧基、巯基等活泼基团，利于在溶剂中的分散，但是该法不易操作；将多层石墨烯材料与高分子材料固相混合球磨，利用高分子与磨料的冲击和剪切将石墨烯分离成单层石墨烯纳米颗粒，尺寸降低后利于其溶剂中的分散性，然而该方法需进一步分离提取石墨，工艺较为复杂。
发明内容
本发明提出了一种石墨烯分散液的制备方法，该方法工艺简单、可规模化生产。
实现本发明的技术方案是：一种石墨烯分散液的制备方法，将石墨、蛋白质粉末和水混合制备石墨蛋白质混合悬浮液，石墨蛋白质混合悬浮液进行球磨得到石墨烯粗溶液，石墨烯粗溶液稀释后经过超声波处理和离心分离得到石墨烯分散液。
将天然蛋白质材料置于由变性剂尿素、表面活性剂SDS、硫化钠和水组成的混合溶剂中，混合溶液的pH为12，于40-60℃下混合反应8h，抽滤、透析、喷雾干燥得到蛋白质粉末。
所述混合溶剂中天然蛋白质的浴比为1：（10-30），变性剂尿素浓度为5-8 mol/L，表面活性剂SDS浓度为0.5-1 wt %，还原剂硫化钠浓度为1.5-3 wt %。
石墨与蛋白质粉末的质量比为1：（1-3），石墨蛋白质混合悬浮液中石墨的质量分数为50-90%。
将石墨蛋白质混合悬浮液在直径为0.6 cm、0.8 cm、1.0 cm和1.2 cm混合磨球的配合下，球磨机转速350 r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨5 h；然后更换直径为0.4 cm的磨球，转速350 r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨24 h，得到石墨烯粗溶液。
直径为0.6cm、0.8cm、1.0 cm 、1.2 cm的磨球的混合比例为1：2：3：4。
石墨烯粗溶液稀释后质量浓度为1-10 %。
稀释后的石墨烯粗溶液在超声波清洗机中以100 r/min的转速搅拌的条件下处理1-3h。
离心分离的工艺参数为：以3000-6000r/min，离心分离30-60min，取上层溶液得到石墨烯分散液。
所述天然蛋白质材料为人发、羊毛或者羽毛。
本发明的有益效果是：本发明石墨蛋白质混合悬浮液受到磨球的冲击和剪切作用下，蛋白质受到机械外力的作用发生降解，产生游离的氨基酸、寡肽和片段的蛋白质，使石墨蛋白质混合悬浮液中富含-OH、-COOH、-SH等活泼基团，当石墨受到反复的冲击与剪切作用时，石墨层与层之间震动并逐渐形成边缘翘起的现象，石墨蛋白质混合悬浮液中活泼基团、氨基酸及部分寡肽被其吸附于并插入翘起的石墨层与层之间，随着冲击和剪切作用的增强不断发展，最终将石墨剥离形成单层石墨烯。由于单层石墨烯表面吸附溶液中游离活泼基团、氨基酸和寡肽，降低了石墨烯团聚的现象，使石墨烯分散液均匀稳定。本发明制备工艺简单易操作，可规模化生产石墨烯分散液；制备的分散液具有较高的生物相容性，可应用于生物工程领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明石墨蛋白质悬浮液球磨示意图。
图2为石墨烯分散液的制备工艺路线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种石墨烯分散液的制备方法，步骤如下：
将羽毛以1：15的浴比置于变性剂尿素6mol/L、0.5wt%表面活性剂SDS、2wt%还原剂硫化钠和水制成的溶剂体系中，溶液的pH为12，在50℃下混合反应8h，经抽滤、透析及喷雾干燥得到蛋白质粉末。将石墨与蛋白质以1：1的混合比例配置质量分数为70%的石墨蛋白质混合悬浮液，首先在磨球直径为0.6cm、0.8cm、1.0 cm 、1.2 cm的混合磨球的配合下，混合比例为1：2：3：4，球磨机转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨5h；然后更换直径0.4cm的磨球，以转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨24h，制备石墨烯粗溶液。将石墨烯粗溶液稀释质量浓度为2%的稀溶液并在超声波清洗机以100r/min的转速搅拌的条件下处理1h，并以3000r/min的转速离心分离40min，取上层（1/2），即得石墨烯分散液。
实施例2
一种石墨烯分散液的制备方法，步骤如下：
将羽毛以1：10的浴比置于变性剂尿素7mol/L、1wt%表面活性剂SDS、2.5wt%还原剂硫化钠和水制成的溶剂体系中，溶液的pH为12，在50℃下混合反应8h，经抽滤、透析及喷雾干燥得到蛋白质粉末。将石墨与蛋白质以1：2的混合比例配置质量分数为80%的石墨蛋白质混合悬浮液，首先在磨球直径为0.6cm、0.8cm、1.0 cm 、1.2 cm的混合磨球的配合下，混合比例为1：2：3：4，球磨机转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨5h；然后更换直径0.4cm的磨球，以转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨24h，制备石墨烯粗溶液。将石墨烯粗溶液稀释质量浓度为3%的稀溶液并在超声波清洗机以100r/min的转速搅拌的条件下处理2h，并以4000r/min的转速离心分离30min，取上层（1/2），即得石墨烯分散液。
实施例3
一种石墨烯分散液的制备方法，步骤如下：
将羽毛以1：20的浴比置于变性剂尿素5mol/L、0.8wt%表面活性剂SDS、3wt%还原剂硫化钠和水制成的溶剂体系中，溶液的pH为12，在50℃下混合反应8h，经抽滤、透析及喷雾干燥得到蛋白质粉末。将石墨与蛋白质以1：3的混合比例配置质量分数为90%的石墨蛋白质混合悬浮液，首先在磨球直径为0.6cm、0.8cm、1.0 cm 、1.2 cm的混合磨球的配合下，混合比例为1：2：3：4，球磨机转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨5h；然后更换直径0.4cm的磨球，以转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨24h，制备石墨烯粗溶液。将石墨烯粗溶液稀释质量浓度为4%的稀溶液并在超声波清洗机以100r/min的转速搅拌的条件下处理3h，并以5000r/min的转速离心分离50min，取上层（1/2），即得石墨烯分散液。
实施例4
一种石墨烯分散液的制备方法，步骤如下：
将羽毛以1：30的浴比置于变性剂尿素8mol/L、0.6wt%表面活性剂SDS、1.5wt%还原剂硫化钠和水制成的溶剂体系中，溶液的pH为12，在50℃下混合反应8h，经抽滤、透析及喷雾干燥得到蛋白质粉末。将石墨与蛋白质以1：2的混合比例配置质量分数为50%的石墨蛋白质混合悬浮液，首先在磨球直径为0.6cm、0.8cm、1.0 cm 、1.2 cm的混合磨球的配合下，混合比例为1：2：3：4，球磨机转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨5h；然后更换直径0.4cm的磨球，以转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨24h，制备石墨烯粗溶液。将石墨烯粗溶液稀释质量浓度为10%的稀溶液并在超声波清洗机以100r/min的转速搅拌的条件下处理2.5h，并以6000r/min的转速离心分离60min，取上层（1/2），即得石墨烯分散液。
实施例5
一种石墨烯分散液的制备方法，步骤如下：
将羽毛以1：25的浴比置于变性剂尿素8mol/L、0.7wt%表面活性剂SDS、3wt%还原剂硫化钠和水制成的溶剂体系中，溶液的pH为12，在50℃下混合反应8h，经抽滤、透析及喷雾干燥得到蛋白质粉末。将石墨与蛋白质以1：3的混合比例配置质量分数为60%的石墨蛋白质混合悬浮液，首先在磨球直径为0.6cm、0.8cm、1.0 cm 、1.2 cm的混合磨球的配合下，混合比例为1：2：3：4，球磨机转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨5h；然后更换直径0.4cm的磨球，以转速350r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨24h，制备石墨烯粗溶液。将石墨烯粗溶液稀释质量浓度为1%的稀溶液并在超声波清洗机以100r/min的转速搅拌的条件下处理3h，并以5500r/min的转速离心分离50min，取上层（1/2），即得石墨烯分散液。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯分散液的制备方法，其特征在于：将石墨、蛋白质粉末和水混合制备石墨蛋白质混合悬浮液，石墨蛋白质混合悬浮液进行球磨得到石墨烯粗溶液，石墨烯粗溶液稀释后经过超声波处理和离心分离得到石墨烯分散液。
2.根据权利要求1所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于：将天然蛋白质材料置于由变性剂尿素、表面活性剂SDS、硫化钠和水组成的混合溶剂中，混合溶液的pH为12，于40-60℃下混合反应8h，抽滤、透析、喷雾干燥得到蛋白质粉末。
3.根据权利要求2所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于：所述混合溶剂中天然蛋白质的浴比为1：（10-30），变性剂尿素浓度为5-8 mol/L，表面活性剂SDS浓度为0.5-1wt%，还原剂硫化钠浓度为1.5-3 wt%。
4.根据权利要求1所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于：石墨与蛋白质粉末的质量比为1：（1-3），石墨蛋白质混合悬浮液中石墨的质量分数为50-90%。
5.根据权利要求1所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于：将石墨蛋白质混合悬浮液在直径为0.6 cm、0.8 cm、1.0 cm和1.2 cm混合磨球的配合下，球磨机转速350 r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨5 h；然后更换直径为0.4 cm的磨球，转速350 r/min，填充系数为0.0293，球料比为20：1，球磨24 h，得到石墨烯粗溶液。
6.根据权利要求5所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于：直径为0.6cm、0.8cm、1.0 cm 、1.2 cm的磨球的混合比例为1：2：3：4。
7.根据权利要求1所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于：石墨烯粗溶液稀释后质量浓度为1-10 %。
8.根据权利要求1所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于，稀释后的石墨烯粗溶液在超声波清洗机中以100 r/min的转速搅拌的条件下处理1-3h。
9.根据权利要求1所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于，离心分离的工艺参数为：以3000-6000r/min，离心分离30-60min，取上层溶液得到石墨烯分散液。
10.根据权利要求2所述的石墨烯分散液的制备方法，其特征在于：所述天然蛋白质材料为人发、羊毛或者羽毛。
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