CN109761226A - 一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二维纳米石墨片，具体是一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法。将膨胀石墨与溶剂混合，放入超声机超声。将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。启动砂磨机，缓慢倒入氧化锆微珠。调整砂磨机转速，持续搅拌。关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗、烘干，制得二维纳米石墨片。本发明中制备的二维纳米石墨片与原料膨胀石墨相比，厚度明显降低。

Description

一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法

技术领域

本发明涉及二维纳米石墨片，具体是一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法。

背景技术

纳米石墨片用途非常广泛，如润滑油行业、防腐涂料行业、化工行业，钢铁润滑、航天航空等领域。在润滑油中添加适量的纳米石墨粉，可以在高温摩擦下形成一种石墨润滑膜，大大减小摩擦系数，用在机械行业可以保护设备，降低维修费用，用在汽车行业，可以减少燃料油的使用，还能使燃料油充分燃烧，达到环保的目的。

现有专利号CN106498468A的中国专利公布了一种石墨烯的制备方法，提出一种天然鳞片石墨高温加压制纳米石墨片，但是该专利没有涉及液相法。

现有专利号CN108706575A的中国专利公开了一种液相球磨剥离石墨烯的制备方法，但是该专利并没有涉及以膨胀石墨为原料和甘油等作为溶剂。

发明内容

本发明提出一种二维纳米石墨片的制备方法。该发明是通过下述技术方案得以实现的：

(1)将一定量膨胀石墨与溶剂按比例混合。

(2)将配好的膨胀石墨溶液放置于超声机超声。

(3)将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。

(4)启动砂磨机，在转速r₁转/分钟的情况下倒入氧化锆微珠。

(5)调整砂磨机转速，将转速调整为r₂转/分钟，持续搅拌T小时。

(6)关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。

(7)将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗2-3遍。

(8)将样品放入干燥箱烘干，制得二维纳米石墨片。

步骤(1)中，膨胀石墨与溶剂的比例为1-5g:200mL，溶剂为去离子水、甘油或者1，4-丁二醇中的任意一种。其中膨胀石墨与溶剂的比例优选为2g:200mL，溶剂优选为去离子水。

步骤(2)所述的超声时间为1-3小时，优选2小时。

步骤(4)所述的转速r₁为500-2000转/分钟，优选1000转/分钟。

步骤(4)所述的微珠为95wt％的氧化锆微珠，氧化锆粒径0.5-4mm，膨胀石墨与氧化锆微珠的比例为1-5g:1kg；优选为2g:1kg。

步骤(5)中的搅拌速率r₂为4000-8000转/分钟，优选7000转/分钟；搅拌时间T为6-12小时，优选6小时。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明中制备的二维纳米石墨片与原料膨胀石墨相比，厚度明显降低。

(2)本发明中采用氧化锆微珠的优势：氧化锆微珠有极好的韧性，耐冲击，在高速运转中不碎裂，耐磨性是玻璃珠的30-50倍，其拥有极低的磨耗，极高的密度能有效提高研磨效率。

(3)本发明中采用的液相溶剂均为小分子溶剂，有助于对膨胀石墨进行有效机械研磨，控制二维纳米石墨片的厚度与尺寸。

附图说明

图1为原料膨胀石墨的SEM图(a1)以及厚度(a2)和粒径尺寸(a3)分布图。

图2为实施例1中以去离子水为溶剂，6000rpm研磨8小时制得纳米石磨片的SEM图(b1)以及厚度(b2)和粒径尺寸(b3)分布图。

图3为实施例2中以去离子水为溶剂，7000rpm研磨6小时制得纳米石磨片的SEM图(c1)以及厚度(c2)和粒径尺寸(c3)分布图。

图4为实施例3中以甘油为溶剂，8000rpm研磨6小时制得纳米石磨片的SEM图(d1)以及厚度(d2)和粒径尺寸(d3)分布图。

图5为实施例4中以1，4-丁二醇为溶剂，8000rpm研磨12小时制得纳米石磨片的SEM图(e1)以及厚度(e2)和粒径尺寸(e3)分布图。

具体实施方式

以下为本发明的较佳实施例，能够更好地理解本发明，但本发明的实施例不限于此，同时其所示数据不代表对本发明特征范围的限制。

实施例1：

将1g膨胀石墨与200mL去离子水混合，放入超声机超声1小时。将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。启动砂磨机，在转速500转/分钟的情况下缓慢倒入1kg 2mm氧化锆微珠。调整砂磨机转速，将转速调整为6000转/分钟，持续搅拌8小时。关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗2-3遍。将样品放入干燥箱烘干，制得二维纳米石墨片。

实施例2：

将2g膨胀石墨与200mL去离子水混合，放入超声机超声2小时。将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。启动砂磨机，在转速1000转/分钟的情况下缓慢倒入1kg 1mm氧化锆微珠。调整砂磨机转速，将转速调整为7000转/分钟，持续搅拌6小时。关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗2-3遍。将样品放入干燥箱烘干，制得二维纳米石墨片。

实施例3：

将4g膨胀石墨与200mL甘油混合，放入超声机超声3小时。将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。启动砂磨机，在转速1500转/分钟的情况下缓慢倒入1kg 4mm氧化锆微珠。调整砂磨机转速，将转速调整为8000转/分钟，持续搅拌6小时。关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗2-3遍。将样品放入干燥箱烘干，制得二维纳米石墨片。

实施例4：

将4g膨胀石墨与200mL1，4-丁二醇混合，放入超声机超声3小时。将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。启动砂磨机，在转速1500转/分钟的情况下缓慢倒入1kg 3mm氧化锆微珠。调整砂磨机转速，将转速调整为8000转/分钟，持续搅拌12小时。关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗2-3遍。将样品放入干燥箱烘干，制得二维纳米石墨片。

对实施例1-4的二维纳米石墨片和用于对比的原料膨胀石墨的厚度，尺寸分布与形貌进行表征分析，结果如附图所示。

对比附图1可以明显发现，与原始膨胀石墨相比，不同实施例最终获得的纳米石墨片在厚度上均明显减小，并且在石墨尺寸上也相应减小。这说明在本发明条件下，高速机械研磨对膨胀石墨可以有效剥离膨胀石墨，获得了不同尺寸、不同厚度的二维纳米石墨片。其中，与实施例1相比(附图2)，实施例2制备的纳米石墨片厚度明显降低，其中～18％石墨片厚度仅为24nm(附图3)。结果表明膨胀石墨与溶剂的配比、氧化锆微珠粒径等协调作用对纳米石墨片的厚度、粒径等有重要影响。对比实施例3与实施例4发现(附图4、5)，溶剂的种类、搅拌速率、研磨时间等协同作用对制备的纳米石墨片的厚度与尺寸有重要影响。综合实施例1-4可以发现，本发明可通过调控原料与溶剂的配比、溶剂性质、反应条件如：超声时间、转速、研磨时间等制备出不同尺寸、不同厚度的二维纳米石墨片。

Claims (9)

1.一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)将一定量膨胀石墨与溶剂按比例混合；

(2)将配好的膨胀石墨溶液放置于超声机超声；

(3)将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下；

(4)启动砂磨机，在转速r₁转/分钟的情况下倒入氧化锆微珠；

(5)调整砂磨机转速，将转速调整为r₂转/分钟，持续搅拌T小时；

(6)关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液；

(7)将二维纳米石墨片溶液抽滤，清洗、烘干制得二维纳米石墨片。

2.如权利要求1所述的一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(1)中，膨胀石墨与溶剂的比例为1-5g:200mL，溶剂为去离子水、甘油或者1，4-丁二醇中的任意一种。

3.如权利要求2所述的一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(1)中，膨胀石墨与溶剂的比例为2g:200mL，溶剂为去离子水。

4.如权利要求1所述的一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的超声时间为1-3小时。

5.如权利要求4所述的一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的超声时间为2小时。

6.如权利要求1所述的一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的转速r₁为500-2000转/分钟。

7.如权利要求6所述的一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的转速r₁为1000转/分钟。

8.如权利要求1所述的一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的微珠为95wt％的氧化锆微珠，氧化锆粒径0.5-4mm，膨胀石墨与氧化锆微珠的比例为1-5g:1kg；步骤(5)中的搅拌速率r₂为4000-8000转/分钟，搅拌时间T为6-12小时。

9.如权利要求8所述的一种液相球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(4)中，膨胀石墨与氧化锆微珠的比例为2g:1kg。步骤(5)中的搅拌速率r₂为7000转/分钟，搅拌时间T为6小时。