CN109292767A - 一种氧化石墨烯的纯化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氧化石墨烯的纯化方法。所述纯化方法可包括以下步骤：将纯化对象、络合剂与酸性溶液混合，形成混合液，其中，所述纯化对象包括官能团上结合有杂质离子的氧化石墨烯或者氧化插层法制得的氧化石墨烯浆料；对所述混合液进行超声震荡，以使纯化对象所结合的杂质离子脱除并与络合剂稳定结合；过滤，分别得到纯化后的氧化石墨烯和包含有与络合剂稳定结合的杂质离子的溶液。本发明的有益效果包括：能有效分离氧化石墨烯和杂质离子，避免杂质离子与氧化石墨烯的反复结合；纯化效率高、成本低。

Description

一种氧化石墨烯的纯化方法
技术领域
本发明涉及化工领域，特别地，涉及一种氧化石墨烯的纯化方法。
背景技术
21世纪初，科学界出现了纳米石墨片这种材料。2006年，英国The University ofManchester的两名科学家通过机械剥离的方法巧妙地制备了单层石墨，从而正式揭开了石墨烯这种材料的面纱，两人也因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。理想的石墨烯材料有单层石墨构成，其碳原子与碳原子之间通过sp2杂化轨道相连接，而形成稳定的六元环结构。研究发现，石墨烯材料具有良好的各种物理化学性质。例如：比金属金更加好的电子导通性、比钢更好的机械强度、超大的比表面积、良好的光学性能、超导等。鉴于这些特殊的性质，石墨烯材料在军事、交通、移动设备等方面有巨大的应用潜力。
在工业生产中，应用氧化插层法可以大规模制取氧化石墨烯粉体。氧化插层法生产的氧化石墨烯浆料中含有大量的杂质离子。现有纯化氧化石墨烯的方法在洗涤过程中存在效率低，洗涤效果差等问题，使生产的氧化石墨烯产品纯度不高，品质下降。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够有效洗涤氧化石墨烯杂质的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种氧化石墨烯的纯化方法。所述方法可包括以下步骤：将纯化对象、络合剂与酸性溶液混合，形成混合液，其中，所述纯化对象包括官能团上结合有杂质离子的氧化石墨烯或者氧化插层法制得的氧化石墨烯浆料；对所述混合液进行超声震荡，以使纯化对象所结合的杂质离子脱除并与络合剂稳定结合；过滤，分别得到纯化后的氧化石墨烯和包含有与络合剂稳定结合的杂质离子的溶液。
根据本发明的一个示例性实施例，所述氧化石墨烯官能团上结合的杂质离子包括Mn2+、K+和Fe3+中的至少一种。
根据本发明的一个示例性实施例，所述官能团上结合有杂质离子的氧化石墨烯中的所述杂质离子的重量百分比含量为0.01～1％，例如0.1％。
根据本发明的一个示例性实施例，所述浆料中氧化石墨烯的含量为0.01～100g/L，例如10g/L；所述浆料中杂质离子的浓度为10-6～1g/L，例如0.1g/L。
根据本发明的一个示例性实施例，所述纯化后氧化石墨烯中杂质离子的重量百分比为不高于0.01％。
根据本发明的一个示例性实施例，所述络合剂的加入量为能够与杂质离子络合反应的理论量的1.0～1.2倍。
根据本发明的一个示例性实施例，所述酸性溶液包括浓度为0.005～0.02mol/L的盐酸溶液或浓度为0.01～0.04mol/L的硫酸溶液。
根据本发明的一个示例性实施例，所述酸性溶液的pH为0.1～6。
根据本发明的一个示例性实施例，所述过滤步骤包括通过过滤膜进行过滤。
根据本发明的一个示例性实施例，在过滤的过程中进行减压抽滤。
根据本发明的一个示例性实施例，所述抽滤减压的压强范围可以是10～100Pa。
根据本发明的一个示例性实施例，所述进行超声震荡时，超声波的频率为50～750Hz。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明能够有效地使氧化石墨烯和杂质离子分离，可以提高氧化石墨烯纯化的彻底性；本发明的纯化效率高、成本低。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施例中氧化石墨烯纯化方法的流程示意图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的氧化石墨烯纯化方法。
在生产氧化石墨烯产生的浆料中，杂质离子会与氧化石墨烯结合在一起，这就导致氧化石墨烯的纯度不高。现有的氧化石墨烯纯化方法存在效率低下、不够彻底等问题。而本发明在氧化石墨烯的纯化过程中同时应用了络合剂和稀盐酸洗涤的方法，并配合超声作用，以此来更能有效地使氧化石墨烯和杂质离子分离，同时分离出杂质离子在络合剂的作用下不会再和氧化石墨烯结合，从而提高了纯化的彻底性，避免了其反复结合。
图1示出了本发明一个示例性实施例中氧化石墨烯纯化方法的流程示意图。
在本发明的一个示例性实施例中，所述氧化石墨烯纯化方法可包括以下步骤：
将纯化对象、络合剂与酸性溶液混合，形成混合液，如图1中的步骤S01。其中，所述纯化对象包括官能团上结合有杂质离子的氧化石墨烯或者氧化插层法制得的氧化石墨烯浆料。所述浆料中的氧化石墨烯的官能团上结合有杂质离子。浆料中的杂质离子可包括Mn2 +、NO3 -、SO4 2-、Cl-、K+和Fe3+中的至少一种。
对所述混合液进行超声震荡，以使纯化对象所结合的杂质离子脱除并与络合剂稳定结合，如图1中的步骤S02。在超生波的作用下，与氧化石墨烯结合的杂质离子会与其脱离并与结合性更好的络合剂相结合，同时由于超声的作用，氧化石墨烯可以更好的分散并与H+结合，不会在向络合剂争夺金属离子。氧化石墨烯官能团上结合的杂质离子可包括Mn2+、K+和Fe3+中的至少一种。
过滤，分别得到纯化后的氧化石墨烯和包含有与络合剂稳定结合的杂质离子的溶液，如图1中的步骤S03。
在本实施例中，所述官能团上结合有杂质离子的氧化石墨烯中，所述杂质离子的重量百分比含量可为0.01～1％。
在本实施例中，浆料可包括氧化插层法制得的氧化石墨烯浆料。
所述浆料中氧化石墨烯的含量可为0.01～100g/L，氧化石墨烯上杂质离子的质量占比可为0.01～1％。所述络合剂的加入量为能够与杂质离子络合反应的理论量的1.0～1.2倍。
若浆料中未有与氧化石墨烯官能团结合的金属杂质离子，浆料中金属杂质离子的浓度可为10-6～1g/L，针对单位体积的浆料，络合剂的加入量可为10-6～1.2g/L。
若浆料中也可存在未与氧化石墨烯官能团结合的金属杂质离子，这部分金属杂质离子也与络合剂结合而稳定存在。络合剂的加入量液应考虑这部分离子的含量。
在本实施例中，络合剂可包括柠檬酸、柠檬酸钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、乙二胺四乙酸钠、聚丙烯酸、葡萄糖酸钠或海藻酸钠。
在本实施例中，所述酸性溶液能够提供反应所需的液体反应环境。酸性溶液可包括浓度为0.005～0.02mol/L的盐酸溶液或浓度为0.01～0.04mol/L的稀硫酸溶液，进一步地，稀盐酸浓度可为0.01mol/L，稀硫酸浓度可为0.02mol/L。
进一步地，酸性溶液可包括稀盐酸溶液，这是因为插层氧化法制备的氧化石墨烯本体中会含有一定量的硫酸，利用稀盐酸能够更快速的清洗氧化石墨烯。
在本实施例中，在进行超声时，超声波的频率可为50～750Hz，该范围的超声频率能够使氧化石墨烯官能团上的杂质离子更好的脱除。
在本实施例中，经纯化，氧化石墨烯上杂质的去除率可达99％以上，例如所述纯化后氧化石墨烯的杂质离子的重量百分比可不高于0.01％。
在本实施例中，可通过过滤膜来进行过滤，以使纯化后的氧化石墨烯和包含杂质的溶液向分离。其中，氧化石墨烯留在过滤层上，含有杂质的溶液能够透过过滤膜。所述过滤膜可包括聚碳酸酯膜(即PC膜)。
还可在过滤层的下方设置减压抽滤装置，以使含有杂质的溶液更好的透过过滤层。其中，可通过在过滤膜下设置真空泵来实现减压抽滤。抽滤减压的压强范围可以是10～100Pa。
在本实施例中，当使用过滤膜进行过滤时，所述方法还可包括步骤：在过滤膜之上设置缓冲保护层，以吸收并缓冲超声震荡时超声波对过滤膜的影响。缓冲保护层能够吸收超声处理剩余的能量，以减少超声能量对过滤层的损害，例如，当过滤部件为聚碳酸酯膜(即PC膜)时，过剩的超声能量能够对其造成伤害。所述缓冲保护层可包括海绵，海绵的厚度可为1～100cm。
在本实施例中，所述纯化方法还可包括步骤：对所述纯化后的氧化石墨烯进行检测离子浓度检测，以确定氧化石墨烯是否还需要继续进行纯化。其中，可通过ICP(Inductively Coupled Plasma，感应耦合等离子体)离子浓度检测器进行检测。
综上所述，与现有的静置沉淀和只加酸洗涤的方法相比，本发明能够更加有效地使氧化石墨烯和杂质离子分离，同时分离出杂质离子在络合剂的作用下不会再和氧化石墨烯结合，从而提高了纯化的彻底性，避免了其反复结合。同时本发明的减压抽滤措施可以严格有效分离氧化石墨烯和杂质络合离子。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种氧化石墨烯的纯化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将纯化对象、络合剂与酸性溶液混合，形成混合液，其中，所述纯化对象包括官能团上结合有杂质离子的氧化石墨烯或者氧化插层法制得的氧化石墨烯浆料；
对所述混合液进行超声震荡，以使纯化对象所结合的杂质离子脱除并与络合剂稳定结合；
过滤，分别得到纯化后的氧化石墨烯和包含有与络合剂稳定结合的杂质离子的溶液。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯纯化方法，其特征在于，所述氧化石墨烯官能团上结合的杂质离子包括Mn2+、K+和Fe3+中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯纯化方法，其特征在于，所述络合剂包括柠檬酸、柠檬酸钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、乙二胺四乙酸钠、聚丙烯酸、葡萄糖酸钠或海藻酸钠。
4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯纯化方法，其特征在于，所述络合剂的加入量为能够与杂质离子络合反应的理论量的1.0～1.2倍。
5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯纯化方法，其特征在于，所述酸性溶液包括浓度为0.005～0.02mol/L的盐酸溶液或浓度为0.01～0.04mol/L的硫酸溶液。
6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯纯化方法，其特征在于，所述酸性溶液的pH为0.1～6。
7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯纯化方法，其特征在于，所述官能团上结合有杂质离子的氧化石墨烯中的所述杂质离子的重量百分比为0.01～1％。
8.根据权利要求1所述的氧化石墨烯纯化方法，其特征在于，所述过滤步骤包括通过过滤膜进行过滤。
9.根据权利要求8所述的氧化石墨烯纯化方法，其特征在于，在所述过滤的过程中进行减压抽滤。
10.根据权利要求1所述的氧化石墨烯纯化方法，其特征在于，所述进行超声震荡时，超声波的频率为50～750Hz。
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