CN108862257B - 一种石墨烯的制备方法及装置 - Google Patents
一种石墨烯的制备方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108862257B CN108862257B CN201810871164.XA CN201810871164A CN108862257B CN 108862257 B CN108862257 B CN 108862257B CN 201810871164 A CN201810871164 A CN 201810871164A CN 108862257 B CN108862257 B CN 108862257B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- reaction kettle
- kettle
- graphene
- ultrasonic
- 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 108
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 80
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 40
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 90
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 24
- 230000006837 decompression Effects 0.000 claims description 19
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 18
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 13
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 10
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims description 9
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 6
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 3
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 26
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 13
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 abstract 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000008247 solid mixture Substances 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
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/184—Preparation
- C01B32/19—Preparation by exfoliation
Abstract
本发明公开了一种石墨烯的制备方法及装置，所述制备方法包括球磨，分层，超声剥离，干燥等步骤，所述制备装置包括球磨机、密封减压反应釜、离心装置和干燥装置。本发明的制备石墨烯的方法避免了一系列化学试剂的使用，绿色环保；采用受热会完全分解转化成气体分子的氯化铵插层剂，有效利用其分解产生的气体分子作用，气体分子冲破石墨层间范德华力，并采用密封循环加热处理，使氯化铵插层剂渗入的更深，使石墨片层间距更大，再通过超声辅助将石墨有效地剥离变成均匀石墨烯片，操作方便，快速高效，得到的石墨烯结构完整、缺陷较少，含氧量低，高产高质。本发明的制备装置中使用的仪器设备简单常见，具有成本低、易于推广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及新材料石墨烯的技术领域，具体涉及一种石墨烯的制备方法及装置。
背景技术
自2004年英国曼彻斯特大学的教授Geim等采用胶带剥离法首次从石墨中剥离出了石墨烯以来，石墨烯以其独特的结构、性质及潜在的应用，越来越引起研究人员的广泛关注，并且已经成为材料、化学、物理等众多领域研究的热点。石墨烯的制备方法主要分为三大类：第一类氧化还原石墨烯法，这种方法操作简单可大量生产，但制备的石墨烯含有大量的官能团使石墨烯缺陷增加降低了石墨烯的性能；第二类方法是化学气相沉积法，此方法可以制备高质量的单层石墨烯但是不能工业化规模化大量生产；第三种是机械剥离法，机械剥离法可大规模工业化生产，但剥离的石墨烯的品质不高。综上所述，现有石墨烯的制备方法都有各自的优点，同样也存在着一定的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种石墨烯的制备方法及装置，所述方法利用物理插层实现初次剥离，超声进行二次剥离制备高品质的石墨烯，该方法不涉及氧化还原路径，绿色环保，得到的石墨烯结构完整、缺陷较少，工艺简单可大规模生产推广。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
S1：以石墨粉为原料，按照石墨粉与氯化铵质量比为1:20-1:40的比例，将石墨粉与氯化铵预混合均匀后的混合物放入球磨罐中，按照球料比1-10:1加入大小不一的研磨球，且控制总装料量为球磨罐容积的1/3-2/3，以80-100rpm的转速搅拌球磨2-4h，得到氯化铵粉末物理插层石墨混合物；
S2：将S1步骤中得到的石墨混合物置于密封减压反应釜中，首先将反应釜抽真空，首先提高釜内温度至40-60℃，保持3-6h，完成插层；然后再一次提高釜内温度至100-150℃，保持温度10-20min，冷凝水以喷淋的方式冷却反应釜，使釜内温度至20-40℃，保持温度0.5-2h，使釜内温度按照80-150℃高温、保持温度、20-40℃低温、保持温度方式反复循环变化，循环次数5-10次；
S3：S2步骤中循环结束后，再次提高釜内温度至100-150℃后，向釜内注入超声助剂，所述超声助剂的体积为密封减压反应釜内容积2/3-4/5，打开反应釜顶端排气孔，排出气体，卸去真空，恢复常压后，注入冷凝水，降低釜内温度至50-60℃，打开超声发生器，对反应釜内含有石墨烯的混悬液进行再一次的超声剥离；
S4：将步骤S3中反应釜中超声剥离完成后的物料经过采出泵采出后，进行离心浓缩制得高石墨烯含量水相糊料，或采用过滤的方法除去水溶液，或离心水洗后直接采用冷冻或喷雾干燥方法制得高质量石墨烯粉体。
通过球磨使得石墨粉产生边缘缺陷，便于氯化铵固体粉末嵌入石墨粉中，使二者实现混合插层，得到氯化铵物理插层石墨混合物，呈均匀的黑色固态混合物；使用大小不一的研磨球，不同大小相互配合，能够球磨得到粒径不一的石墨粉，从而使石墨粉产生不一的边缘缺陷，从而促进插层剂嵌入石墨粉中实现更好地混合插层。将石墨混合物置入密封反应釜中，首先在40-60℃的较低温度下加热，温度不算高，氯化铵在此温度条件下不会分解，也就不会产生气体，同时，一定的热度能够促进分子运动，进一步地促使石墨粉与氯化铵实现有效混合插层，得到高质量的氯化铵插层石墨混合物；其次在密封反应釜中加热能够防止少量的分解成气体的氯化铵因气体挥发而损失，待冷却后这些已分解的氯化铵又可恢复分解前的固体状态，从而保证氯化铵的量。在上述加热步骤促进插层之后，再减压情况下提高釜内温度至氯化铵分解的温度，使氯化铵迅速彻底完全分解产生大量氨气和氯化氢气体，使石墨内部间隙增大，石墨发生膨胀，而氯化铵分解得到的大量氨气和氯化氢气体又迅速渗入石墨片层中，经过冷凝后，深入石墨层间隙中的氨气和氯化氢气体重新进行逆反应再次形成氯化铵，经过循环的高温分解产生气体冲击克服石墨片层间的范德华力，冷凝降温合成新的氯化铵，从而实现石墨剥离；循环结束后再次升温至氯化铵分解的温度，氯化铵迅速彻底完全分解产生大量氨气和氯化氢气体，由于氯化氢气体的比重大于氨气，所以，在釜内氯化氢气体在下，氨气在上，从釜底注入超声助剂，填充釜内空间，使高温分解的气体排出反应釜外，在进行二次超声剥离，获得均匀的薄片结构，而且片层效果保持良好的结构完整、缺陷较少的高质量石墨烯。
优选的技术方案为，所述超声助剂为热稀盐酸或冷去离子水。热稀盐酸作为超声助剂注入釜内后，热稀盐酸可溶解高温分解后处于釜内气相下层的氯化氢气体，使盐酸浓度提高，高浓度盐酸作为插层剂，配合超声，可使二次剥离效果更好。冷去离子水作为超声助剂注入釜内后，釜内温度降低，高温分解后的氯化氢气体和氨气遇冷后又重新化合生成颗粒极小的氯化铵而呈现为白色浓烟，极不易再溶解于水，随着釜内水量的增加，从而将釜内的白烟状氯化铵通过反应釜顶的排气孔排出反应釜外，再进行超声二次剥离。
优选的技术方案为，所述S2步骤中密封减压反应釜内的真空度为0.1-1kpa，釜内温度的升温速率为10-15℃/min。真空状态下，不需要太高温度即可使插层剂分解产生气体节省能源，成本降低；升温速率快，加热时间相应缩短，氯化铵插层剂能够在短时间内完全分解产生大量气体，产生的冲击力大，剥离效果及效率更高。
优选的技术方案为，所述S3步骤中的超声功率为50-500w，超声时间为30-60min。
优选的技术方案为，所述S4步骤中的离心转速为1000-3000rpm，离心时间为10-30min。
优选的技术方案为，所述石墨粉为鳞片石墨粉、膨胀石墨粉中的一种或两种的混合。石墨粉的纯度越高，得到的石墨烯杂质越少。
优选的技术方案为，所述研磨球的材质为氧化锆球或玛瑙球。研磨球在球磨的过程中不能被磨下来，且材料不同，密度不同，冲击力也会不同，对应得到的石墨粉粒径不一，产生不一样的边缘缺陷，混合插层效果也不同，以氧化锆球和玛瑙球的球磨效果较佳。
优选的技术方案为，所述密封反应釜为耐高温高压的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜。聚四氟乙烯内衬，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。
本发明的一种石墨烯的制备装置，包括球磨机、密封减压反应釜、离心装置和干燥装置，所述球磨机、密封减压反应釜、离心装置和干燥装置通过管路顺次连接；所述密封减压反应釜壁外套设一个外套筒，反应釜外壁与外套筒之间形成夹套筒，外套筒顶部设有第一进水口、进料口和排气孔，底部设有出水口、出料口和第二进水口，冷凝水从第一进水口中注入后经过夹套筒从出水口中流出，所述排气孔、进料口、出料口和第二进水口均与反应釜内腔相连通；所述夹套筒内还设有加热元件；所述密封减压反应釜腔体内设有超声振动棒，外套筒外设有抽真空装置，所述抽真空装置管路与反应釜腔体相连通。
优选的技术方案为，所述球磨机为行星式球磨机。
本发明的优点和有益效果在于：本发明的制备石墨烯的方法只涉及石墨粉和氯化铵插层剂等两三种物质的使用，避免了一系列化学试剂的使用，绿色环保。采用受热会完全分解转化成气体分子的氯化铵插层剂，有效利用其分解产生的气体分子作用，促进有效插层，气体分子冲破石墨层间范德华力，并采用密封循环加热处理，使氯化铵插层剂渗入的更深，使石墨片层间距更大，泄压时会使石墨片层分离变得更薄；再通过超声辅助将石墨有效地剥离变成均匀石墨烯片，整个制备过程不涉及氧化还原反应，操作方便，快速高效；得到的石墨烯结构完整、缺陷较少，含氧量低，高产高质。本发明所提供的石墨烯的制备装置中使用的仪器设备简单常见，具有成本低、易于推广的优点，尤其适用于大规模化工业生产。
附图说明
图1是本发明石墨烯制备装置的结构示意图。
图中：1、球磨机；2、密封减压反应釜；3、离心机；4、冷冻干燥机；5、外套筒；6、第一进水口；7、进料口；8、排气孔；9、出水口；10、出料口；11、第二进水口；12、加热元件；13、超声振动棒；14、真空泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，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
S1：以80目的鳞片石墨粉为原料，按照石墨粉与氯化铵质量比为1:20的比例均匀后放入球磨罐中，按照球料比5:1加入大小不一的氧化锆研磨球，以80rpm的转速搅拌球磨2h，得到氯化铵粉末物理插层石墨混合物；
S2：将S1步骤中得到的石墨混合物置于密封减压反应釜中，首先将反应釜抽真空，真空度为1kpa，首先提高釜内温度至40℃，保持3h，完成插层；然后再一次提高釜内温度至100℃，升温速率为10℃/min，保持温度10min，冷凝水以喷淋的方式冷却反应釜，使釜内温度至20℃，保持温度0.5h，高低温循环5次；
S3：S2步骤中循环次数结束后，再次提高釜内温度至100℃后，向釜内注入反应釜内容积2/3的去离子水，打开反应釜顶端排气孔，排出气体，卸去真空，恢复常压后，注入喷淋冷凝水，降低釜内温度至50℃，打开超声发生器，对反应釜内含有石墨烯的混悬液进行再一次的超声剥离，超声功率为100w，超声时间为30min；
S4：将步骤S3中反应釜中超声完成后的物料经过采出泵采出后，进行离心浓缩制得高石墨烯含量水相糊料，离心转速为1000rpm，离心时间10min，离心后喷雾干燥制得高质量石墨烯粉体。
实施例2
S1：以80目的鳞片石墨粉为原料，按照石墨粉与氯化铵质量比为1:40的比例均匀后放入球磨罐中，按照球料比10:1加入大小不一的氧化锆研磨球，以100rpm的转速搅拌球磨4h，得到氯化铵粉末物理插层石墨混合物；
S2：将S1步骤中得到的石墨混合物置于密封减压反应釜中，首先将反应釜抽真空，真空度为0.1kpa，首先提高釜内温度至60℃，保持6h，完成插层；然后再一次提高釜内温度至150℃，升温速率为15℃/min，保持温度20min，冷凝水以喷淋的方式冷却反应釜，使釜内温度至40℃，保持温度2h，高低温循环10次；
S3：S2步骤中循环次数结束后，再次提高釜内温度至150℃后，向釜内注入反应釜内容积4/5的热稀盐酸，打开反应釜顶端排气孔，排出气体，卸去真空，恢复常压后，注入喷淋冷凝水，降低釜内温度至60℃，打开超声发生器，对反应釜内含有石墨烯的混悬液进行再一次的超声剥离，超声功率为500w，超声时间为60min；
S4：将步骤S3中反应釜中超声完成后的物料经过采出泵采出后，进行离心浓缩制得高石墨烯含量水相糊料，离心转速为3000rpm，离心时间30min，离心后冷冻干燥制得高质量石墨烯粉体。
实施例3
S1：以80目的鳞片石墨粉为原料，按照石墨粉与氯化铵质量比为1:30的比例均匀后放入球磨罐中，按照球料比8:1加入大小不一的氧化锆研磨球，以90rpm的转速搅拌球磨3h，得到氯化铵粉末物理插层石墨混合物；
S2：将S1步骤中得到的石墨混合物置于密封减压反应釜中，首先将反应釜抽真空，真空度为0.5kpa，首先提高釜内温度至50℃，保持4.5h，完成插层；然后再一次提高釜内温度至130℃，升温速率为15℃/min，保持温度10min，冷凝水以喷淋的方式冷却反应釜，使釜内温度至30℃，保持温度1h，高低温循环7次；
S3：S2步骤中循环次数结束后，再次提高釜内温度至130℃后，向釜内注入反应釜内容积3/4的冷去离子水，打开反应釜顶端排气孔，排出气体，卸去真空，恢复常压后，打开超声发生器，对反应釜内含有石墨烯的混悬液进行再一次的超声剥离，超声功率为300w，超声时间为45min；
S4：将步骤S3中反应釜中超声完成后的物料经过采出泵采出后，通过过滤浓缩制得高石墨烯含量水相糊料，过滤后冷冻干燥制得高质量石墨烯粉体。
实施例4
S1：以膨胀石墨粉为原料，按照石墨粉与氯化铵质量比为1:30的比例均匀后放入球磨罐中，按照球料比8:1加入大小不一的氧化锆研磨球，以90rpm的转速搅拌球磨3h，得到氯化铵粉末物理插层石墨混合物；
S2：将S1步骤中得到的石墨混合物置于密封减压反应釜中，首先将反应釜抽真空，真空度为0.5kpa，首先提高釜内温度至50℃，保持4.5h，完成插层；然后再一次提高釜内温度至130℃，升温速率为15℃/min，保持温度10min，冷凝水以喷淋的方式冷却反应釜，使釜内温度至30℃，保持温度1h，高低温循环7次；
S3：S2步骤中循环次数结束后，再次提高釜内温度至130℃后，向釜内注入反应釜内容积3/4的冷去离子水，打开反应釜顶端排气孔，排出气体，卸去真空，恢复常压后，打开超声发生器，对反应釜内含有石墨烯的混悬液进行再一次的超声剥离，超声功率为300w，超声时间为45min；
S4：将步骤S3中反应釜中超声完成后的物料经过采出泵采出后，通过过滤浓缩制得高石墨烯含量水相糊料，过滤后冷冻干燥制得高质量石墨烯粉体。
实施例5
如图1所示，一种石墨烯的制备装置，包括球磨机1、密封减压反应釜2、离心机3和冷冻干燥机4，所述球磨机1、密封减压反应釜2、离心装置3和干燥装置4通过管路顺次连接；所述密封减压反应釜壁外套设一个外套筒5，反应釜外壁与外套筒5之间形成夹套筒，外套筒5顶部设有第一进水口6、进料口7和排气孔8，底部设有出水口9、出料口10和第二进水口11，冷凝水从第一进水口6中注入后经过夹套筒从出水口9中流出，所述排气孔8、进料口7、出料口10和第二进水口11均与反应釜内腔体相连通；所述夹套筒内还设有加热元件12；所述密封减压反应釜2腔体内设有超声振动棒13，外套筒5外设有真空泵14，所述真空泵14管路与反应釜腔体相连通。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：以石墨粉为原料，按照石墨粉与氯化铵质量比为 1:20-1:40的比例，将石墨粉与氯化铵预混合均匀后的混合物放入球磨罐中，按照球料比1-10:1加入大小不一的研磨球，且控制总装料量为球磨罐容积的1/3-2/3，以80-100rpm的转速搅拌球磨2-4h，得到氯化铵粉末物理插层石墨混合物；
S2：将S1步骤中得到的石墨混合物置于密封减压反应釜中，首先将反应釜抽真空，首先提高釜内温度至40-60℃，保持3-6h，完成插层；然后再一次提高釜内温度至100-150℃，保持温度10-20min，冷凝水以喷淋的方式冷却反应釜，使釜内温度至20-40℃，保持温度0.5-2h，使釜内温度按照80-150℃高温、保持温度、20-40℃低温、保持温度方式反复循环变化，循环次数5-10次；
S3：S2步骤中循环结束后，再次提高釜内温度至100-150℃后，向釜内注入超声助剂，所述超声助剂为热稀盐酸；所述超声助剂的体积为密封减压反应釜内容积2/3-4/5，打开反应釜顶端排气孔，排出气体，卸去真空，恢复常压后，注入冷凝水，降低釜内温度至50-60℃，打开超声发生器，对反应釜内含有石墨烯的混悬液进行再一次的超声剥离；
S4：将步骤S3中反应釜中超声剥离完成后的物料经过采出泵采出后，进行离心浓缩制得高石墨烯含量水相糊料，或采用过滤的方法除去水溶液，或离心水洗后直接采用冷冻或喷雾干燥方法制得高质量石墨烯粉体。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中密封减压反应釜内的真空度为0.1-1kpa，釜内温度的升温速率为10-15℃/min。
3.根据权利要求2所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述S3步骤中的超声功率为50-500w，超声时间为30-60min。
4.根据权利要求3所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中的离心转速为1000-3000rpm，离心时间为10-30min。
5.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述石墨粉为鳞片石墨粉、膨胀石墨粉中的一种或两种的混合。
6.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述研磨球的材质为氧化锆球或玛瑙球。
7.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述密封减压反应釜为耐高温高压的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810871164.XA CN108862257B (zh) | 2018-08-02 | 2018-08-02 | 一种石墨烯的制备方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810871164.XA CN108862257B (zh) | 2018-08-02 | 2018-08-02 | 一种石墨烯的制备方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108862257A CN108862257A (zh) | 2018-11-23 |
| CN108862257B true CN108862257B (zh) | 2023-11-07 |
Family
ID=64307364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810871164.XA Active CN108862257B (zh) | 2018-08-02 | 2018-08-02 | 一种石墨烯的制备方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108862257B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109754897A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-05-14 | 山东华冠智能卡有限公司 | 石墨烯基导电浆料及其制备方法 |
| CN110526293B (zh) * | 2019-09-09 | 2021-02-19 | 北京化工大学 | 一种易分解盐辅助制备二维纳米材料的方法 |
| CN111204750B (zh) * | 2020-01-22 | 2022-02-11 | 上海应用技术大学 | 一种改性石墨烯及其制备方法与应用 |
| CN112225205B (zh) * | 2020-09-09 | 2022-07-26 | 宁波益德新材料有限公司 | 石墨烯和石墨烯/pet复合材料的制备方法 |
| CN112110441B (zh) * | 2020-09-24 | 2021-10-29 | 东莞钜蕾实业有限公司 | 一种石墨烯高能催化物理剥离制备装置及方法 |
| CN114804042A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-07-29 | 罗周艾 | 一种六方氮化硼纳米片及其制备方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102431998A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-05-02 | 深圳市长宜景鑫投资有限公司 | 化学法插层剥离石墨大量制备高质量石墨烯的方法 |
| CN102452649A (zh) * | 2010-10-18 | 2012-05-16 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯的制备方法 |
| CN103387222A (zh) * | 2012-05-07 | 2013-11-13 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种石墨烯的制备方法 |
| KR20140056570A (ko) * | 2012-10-29 | 2014-05-12 | 한국과학기술연구원 | 마이크로웨이브를 이용한 도핑된 그래핀의 제조방법 |
| CN104961123A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-10-07 | 湖南大学 | 一种天然石墨矿剥离提纯方法 |
| CN104973593A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-10-14 | 湖南大学 | 一种层状材料剥离方法 |
| CN105366671A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-03-02 | 江苏金聚合金材料有限公司 | 一种石墨烯的制备方法 |
| CN105800603A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-27 | 华侨大学 | 一种快速制备高质量石墨烯的方法 |
| CN108069408A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-25 | 厦门大学 | 一种二维氮化硼纳米片的制备方法 |
-
2018
- 2018-08-02 CN CN201810871164.XA patent/CN108862257B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102452649A (zh) * | 2010-10-18 | 2012-05-16 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯的制备方法 |
| CN102431998A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-05-02 | 深圳市长宜景鑫投资有限公司 | 化学法插层剥离石墨大量制备高质量石墨烯的方法 |
| CN103387222A (zh) * | 2012-05-07 | 2013-11-13 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种石墨烯的制备方法 |
| KR20140056570A (ko) * | 2012-10-29 | 2014-05-12 | 한국과학기술연구원 | 마이크로웨이브를 이용한 도핑된 그래핀의 제조방법 |
| CN104961123A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-10-07 | 湖南大学 | 一种天然石墨矿剥离提纯方法 |
| CN104973593A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-10-14 | 湖南大学 | 一种层状材料剥离方法 |
| CN105366671A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-03-02 | 江苏金聚合金材料有限公司 | 一种石墨烯的制备方法 |
| CN105800603A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-27 | 华侨大学 | 一种快速制备高质量石墨烯的方法 |
| CN108069408A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-25 | 厦门大学 | 一种二维氮化硼纳米片的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108862257A (zh) | 2018-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108862257B (zh) | 一种石墨烯的制备方法及装置 | |
| CN105006375B (zh) | 一种氮、磷共掺杂多孔碳纳米管、制备方法及应用 | |
| CN107226467B (zh) | 一种利用超临界流体制备并分散石墨烯的方法 | |
| CN107827102A (zh) | 一种制备石墨烯的方法 | |
| CN105366668A (zh) | 一种超临界流体制备石墨烯的方法 | |
| CN103979608B (zh) | 一种空心核壳五氧化二钒微球的制备方法 | |
| CN105585003B (zh) | 一种氧化石墨烯和石墨烯纳米片的大规模连续化制备方法及其设备 | |
| CN103771401A (zh) | 一种寡层石墨烯的制备方法 | |
| CN103408000A (zh) | 大片氧化石墨烯的制备方法 | |
| CN101456553B (zh) | 一种制备可膨胀石墨的化学处理方法 | |
| CN102464313A (zh) | 石墨烯的制备方法 | |
| CN102757035B (zh) | 一种石墨烯的制备方法 | |
| CN109243670B (zh) | 一种增强三维石墨烯骨架结构制备三维石墨烯/高分子聚合物复合材料的方法 | |
| CN103420361A (zh) | 一种爆炸制备石墨烯的方法 | |
| CN103626163A (zh) | 石墨烯的制备方法 | |
| CN105197910B (zh) | 一种以生物质为碳源制备多孔纳米碳材料的方法 | |
| CN104843690B (zh) | 一种以汽爆法制备石墨烯的方法 | |
| CN105197918A (zh) | 一种高质量石墨烯及其快速制备方法 | |
| CN104617270A (zh) | 一种球形中空钛酸锂/石墨烯复合材料作为锂电池负极材料的制备方法 | |
| CN104229787A (zh) | 对天然石墨预处理提高超临界流体制备石墨烯产率的方法 | |
| CN103387222A (zh) | 一种石墨烯的制备方法 | |
| CN103626166A (zh) | 石墨烯的制备方法 | |
| CN106587033B (zh) | 一种制备石墨烯的方法 | |
| CN107934947A (zh) | 一种基于高效表面活性剂的石墨烯制作方法 | |
| CN106809831A (zh) | 一种利用膨胀剂膨胀石墨制备氧化石墨烯的方法 |
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 |