CN109019580A - 一种石墨烯提纯装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石墨烯提纯装置及方法，其中，所述方法包括步骤：将待提纯的石墨烯溶解在有机溶剂中，制得石墨烯混合溶液；将电磁铁悬浮放置在所述石墨烯混合溶液中，通电使所述电磁铁产生磁性并保持预定时间，搅拌所述石墨烯混合溶液使石墨烯吸附在所述电磁铁表面；取出所述表面吸附了石墨烯的电磁铁，断电使电磁铁失去磁性，收集从电磁铁表面掉落的石墨烯并干燥，获得提纯后的石墨烯。本发明利用石墨烯能够被电磁铁磁性吸附的原理，从石墨烯混合溶液中提取到单独的石墨烯成分，本发明的提纯方法简单易实现且提纯效率极高。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯提纯领域，尤其涉及一种石墨烯提纯装置及方法。
背景技术
石墨烯由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点。石墨烯作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，其理论比表面积高达2630m2/g，可用于效应晶体管、电极材料、复合材料、液晶显示材料、传感器等。但在在使用石墨烯的过程中遇到的最主要问题是目前无法对其进行大量生产。
目前，石墨烯的生产制备方法主要是两种，一种方法是机械剥离法，该方法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料的方法，但是这种方法获得石墨烯的效率和纯度都极低，结果很不理想；第二种方法是氧化还原法，该方法是通过使用硫酸、硝酸等化学试剂及高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨氧化，增大石墨层之间的间距，在石墨层与层之间插入氧化物，制得氧化石墨，然后将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧化石墨粉体，再通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制得氧化石墨烯，最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯。这种方法操作简单，产量高，但是产品的纯度依然较低，影响了石墨烯的性能，同样限制限制了其应用。
为了提升石墨烯的性能，通常需要对新制备得到石墨烯进行提纯处理。现有技术通常将待提纯的石墨烯混合溶液泵入至少一根过滤排管的通道中，将过滤排管置于电解槽的至少一组阴阳电极之间，阴阳电极与过滤排管之间设有辅助液通道；受到阴阳电极之间的电场作用，待提纯的石墨烯混合溶液中的离子和带电粒子进行电极迁移，将杂质滤出过滤排管外，被辅助液带走，剩余提纯后的石墨烯混合溶液则从过滤排管泵入至另一个水槽中。这种提纯方式通常只能去除石墨烯混合溶液中带电荷的杂质，对于一些不带电荷的杂质却无法去除，这种提纯方式的提纯效率并不高。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯提纯装置及方法，旨在解决现有石墨烯提纯装置复杂以及提纯效率较低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种石墨烯提纯方法，其中，包括步骤：
将待提纯的石墨烯溶解在有机溶剂中，制得石墨烯混合溶液；
将电磁铁悬浮放置在所述石墨烯混合溶液中，通电使所述电磁铁产生磁性并保持预定时间，搅拌所述石墨烯混合溶液使石墨烯吸附在所述电磁铁表面；
取出所述表面吸附了石墨烯的电磁铁，断电使电磁铁失去磁性，收集从电磁铁表面掉落的石墨烯并干燥，获得提纯后的石墨烯。
所述的石墨烯提纯方法，其中，所述有机溶剂为乙醇。
所述的石墨烯提纯方法，其中，所述将待提纯的石墨烯溶解在有机溶剂中，制得石墨烯混合溶液的步骤之后还包括：
对所述石墨烯混合溶液进行超声处理，获得粒度均匀的石墨烯混合溶液。
所述的石墨烯提纯方法，其中，所述电磁铁的材料为软铁或硅钢。
所述的石墨烯提纯方法，其中，对所述电磁铁通电2-10min，搅拌所述石墨烯混合溶液使石墨烯充分吸附在所述电磁铁表面。
所述的石墨烯提纯方法，其中，搅拌速度为60-100r/min。
一种石墨烯提纯装置，其中，包括用于盛放石墨烯混合溶液和电磁铁的容器，以及用于对所述电磁铁进行通电使所述电磁铁具有磁性的电源。
所述的石墨烯提纯装置，其中，所述容器底部设置有一出液管，所述出液管上设置有一控制阀门。
有益效果：本发明提供的石墨烯提纯方法，通过将电磁铁悬浮放置在所述石墨烯混合溶液中，通电使所述电磁铁产生磁性并保持预定时间，搅拌所述石墨烯混合溶液使石墨烯吸附在所述电磁铁表面；取出所述表面吸附了石墨烯的电磁铁，断电使电磁铁失去磁性，收集从电磁铁表面掉落的石墨烯并干燥，获得提纯后的石墨烯。本发明利用石墨烯能够被电磁铁磁性吸附的原理，从石墨烯混合溶液中提取到单独的石墨烯成分，本发明的提纯方法简单易实现且提纯效率极高。
附图说明
图1为本发明一种石墨烯提纯方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明一种石墨烯提纯装置较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种石墨烯提纯装置及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术通常将待提纯的石墨烯混合溶液泵入至少一根过滤排管的通道中，将过滤排管置于电解槽的至少一组阴阳电极之间，阴阳电极与过滤排管之间设有辅助液通道；受到阴阳电极之间的电场作用，待提纯的石墨烯混合溶液中的离子和带电粒子进行电极迁移，将杂质滤出过滤排管外，被辅助液带走，剩余提纯后的石墨烯混合溶液则从过滤排管泵入至另一个水槽中。这种提纯方式通常只能去除石墨烯混合溶液中带电荷的杂质，对于一些不带电荷的杂质却无法去除，这种提纯方式的提纯效率并不高。
基于现有技术所存在的问题，本发明提供一种石墨烯提纯方法，如图1所示，其中，包括步骤：
S10、将待提纯的石墨烯溶解在有机溶剂中，制得石墨烯混合溶液；
S20、将电磁铁悬浮放置在所述石墨烯混合溶液中，通电使所述电磁铁产生磁性并保持预定时间，搅拌所述石墨烯混合溶液使石墨烯吸附在所述电磁铁表面；
S30、取出所述表面吸附了石墨烯的电磁铁，断电使电磁铁失去磁性，收集从电磁铁表面掉落的石墨烯并干燥，获得提纯后的石墨烯。
具体来讲，本发明利用石墨烯能够被电磁铁磁性吸附的原理，通过将电磁铁悬浮设置在石墨烯混合溶液中，对所述电磁铁通电使其产生磁性并吸附石墨烯混合溶液中的石墨烯成分，待所述电磁铁充分吸附石墨烯后则取出所述电磁铁，并对电磁铁进行断电处理使其失去磁性，所述石墨烯则从电磁铁上掉落下来，收集掉落下来的石墨烯，即获得提纯后的石墨烯。本发明提供的提纯方法简单易实现且提纯效率较高，并且从石墨烯混合溶液中提取到石墨烯成分纯度高。
在一种优选的实施方式中，将待提纯的石墨烯溶解在乙醇溶剂中，制得石墨烯混合溶液。石墨烯在有机溶剂中表现出良好的溶解性，本实施例优选将石墨烯粉末溶解在乙醇中，由于乙醇易挥发，因此后期在对提纯后的石墨烯进行干燥处理过程中可以轻松地去除乙醇，使得最终提纯后的石墨烯不含杂质，从而提高提纯后的石墨烯的纯度。
在一种优选的实施方式中，将待提纯的石墨烯溶解在有机溶剂中，制得石墨烯混合溶液之后，还可对所述石墨烯混合溶液进行超声处理，获得粒度均匀的石墨烯混合溶液。优选的，采用超声波分散仪对石墨烯混合溶液进行分散，可防止石墨烯在溶液中团聚，从而制得粒度均匀且分散的石墨烯混合溶液，便于后期石墨烯的吸附。
在一种优选的实施方式中，所述电磁铁的材料为软铁或硅钢。为了使电磁铁断电立即消磁，本实施例采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做电磁铁，这样制备的电磁铁在通电时可快速产生磁性，断电后磁就随之消失。
在一种优选的实施方式中，将电磁铁悬浮放置在所述石墨烯混合溶液中，通电使所述电磁铁产生磁性并保持2-10min，搅拌所述石墨烯混合溶液使石墨烯充分吸附在所述电磁铁表面。
优选的，以60-100r/min的搅拌速度对所述石墨烯混合溶液进行搅拌，使石墨烯混合溶液中的石墨烯成分能够充分的与电磁铁接触并吸附在所述电磁铁表面，从而提高石墨烯的提纯效率。当所述搅拌速度大于100r/min时，则容易到至吸附在电磁铁表面的石墨烯发生脱落，降低提纯效率；若所述搅拌速度小于60r/min，则不能使底部的石墨烯成分与电磁铁接触，同样易降低提纯效率。
进一步地，本发明还提供一种可用于石墨烯提纯的石墨烯提纯装置，如图2所示，所述石墨烯提纯装置包括用于盛放石墨烯混合溶液和电磁铁的容器，以及用于对所述电磁铁进行通电使所述电磁铁具有磁性的电源。具体来讲，将电磁铁悬浮放置在装有石墨烯混合溶液的容器中，所述电磁铁通过导线与所述电源连接形成通路，启动电源对所述电磁铁进行通电使其具有磁性，然后搅拌所述石墨烯混合溶液，使电磁铁吸附所述石墨烯混合溶液中的石墨烯成分；待所述电磁铁充分吸附石墨烯成分后，将所述电磁铁从所述石墨烯混合溶液中取出，然后断电使石墨烯成分从所述电磁铁表面掉落，收集掉落的石墨烯成分并进行干燥处理，即可制得纯度较高的石墨烯。
本发明提供的石墨烯提纯装置结构简单、成本较低，且可用于大规模的石墨烯提纯处理。
优选的，所述容器底部设置有一出液管，所述出液管用于将石墨烯提纯后剩余的杂质溶液放出。更优选的，所述出液管上设置有一控制所述出液管打开和关闭的控制阀门。
综上所述，本发明提供的石墨烯提纯方法，通过将电磁铁悬浮放置在所述石墨烯混合溶液中，通电使所述电磁铁产生磁性并保持预定时间，搅拌所述石墨烯混合溶液使石墨烯吸附在所述电磁铁表面；取出所述表面吸附了石墨烯的电磁铁，断电使电磁铁失去磁性，收集从电磁铁表面掉落的石墨烯并干燥，获得提纯后的石墨烯。本发明利用石墨烯能够被电磁铁磁性吸附的原理，从石墨烯混合溶液中提取到单独的石墨烯成分，本发明的提纯方法简单易实现且提纯效率极高。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种石墨烯提纯方法，其特征在于，包括步骤：
将待提纯的石墨烯溶解在有机溶剂中，制得石墨烯混合溶液；
将电磁铁悬浮放置在所述石墨烯混合溶液中，通电使所述电磁铁产生磁性并保持预定时间，搅拌所述石墨烯混合溶液使石墨烯吸附在所述电磁铁表面；
取出所述表面吸附了石墨烯的电磁铁，断电使电磁铁失去磁性，收集从电磁铁表面掉落的石墨烯并干燥，获得提纯后的石墨烯。
2.根据权利要求1所述的石墨烯提纯方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇。
3.根据权利要求1所述的石墨烯提纯方法，其特征在于，所述将待提纯的石墨烯溶解在有机溶剂中，制得石墨烯混合溶液的步骤之后还包括：
对所述石墨烯混合溶液进行超声处理，获得粒度均匀的石墨烯混合溶液。
4.根据权利要求1所述的石墨烯提纯方法，其特征在于，所述电磁铁的材料为软铁或硅钢。
5.根据权利要求1所述的石墨烯提纯方法，其特征在于，对所述电磁铁通电2-10min，搅拌所述石墨烯混合溶液使石墨烯充分吸附在所述电磁铁表面。
6.根据权利要求5所述的石墨烯提纯方法，其特征在于，搅拌速度为60-100r/min。
7.一种石墨烯提纯装置，其特征在于，包括用于盛放石墨烯混合溶液和电磁铁的容器，以及用于对所述电磁铁进行通电使所述电磁铁具有磁性的电源。
8.根据权利要求7所述的石墨烯提纯装置，其特征在于，所述容器底部设置有一出液管，所述出液管上设置有一控制阀门。
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