GR1010267B - Παρασκευη γραφενιου υψηλης καθαροτητας απο λιγνιτη - Google Patents
Παρασκευη γραφενιου υψηλης καθαροτητας απο λιγνιτη Download PDFInfo
- Publication number
- GR1010267B GR1010267B GR20210100243A GR20210100243A GR1010267B GR 1010267 B GR1010267 B GR 1010267B GR 20210100243 A GR20210100243 A GR 20210100243A GR 20210100243 A GR20210100243 A GR 20210100243A GR 1010267 B GR1010267 B GR 1010267B
- Authority
- GR
- Greece
- Prior art keywords
- lignite
- graphene
- humic acid
- graphene oxide
- solution
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 239000003077 lignite Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C1C2C=CC1C(C(=O)O)C2(C(O)=O)[N+]([O-])=O QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 2
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 claims description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 abstract description 5
- 239000012467 final product Substances 0.000 abstract description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 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
-
- 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
- C01B32/198—Graphene oxide
Abstract
Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται στην διεργασία παρασκευής γραφενίου υψηλής καθαρότητας από λιγνίτη με συγκεκριμένη μεθοδολογία βασιζόμενη στη μετατροπή του λιγνίτη σε χουμικό οξύ και μετέπειτα σε οξείδιο του γραφενίου πριν την παρασκευή του τελικού προϊόντος. Το προϊόν παρουσιάζει παρασκευή τελικού προϊόντος γραφενίου μεγάλης καθαρότητας (77%) από λιγνίτη (μηδενικού κόστους αγοράς) με ενδιάμεσα προϊόντα επίσης μεγάλης απόδοσης (χουμικό οξύ (45%) και οξείδιο του γραφενίου (88%)). Έτσι, με την παρούσα σύνθεση παρακάμπτονται άκρως ενεργοβόρα ενδιάμεσα στάδια σύνθεσης που αφορούν την τυπική μετατροπή του λιγνίτη σε γραφένιο (λιγνίτης-άνθρακας-ενεργός άνθρακας-γραφίτης-οξείδιο του γραφίτη-οξείδιο του γραφενίου-γραφένιο).
Description
ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΓΡΑΦΕΝΙΟΥ ΥΨΗΛΗΣ ΚΑΘΑΡΟΤΗΤΑΣ ΑΠΟ ΛΙΓΝΙΤΗ
Περιγραφή
Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται στην διεργασία παρασκευής γραφενίου υψηλής καθαρότητας από λιγνίτη με συγκεκριμένη μεθοδολογία βασιζόμενη στη μετατροπή του λιγνίτη σε χουμικό οξύ και μετέπειτα σε οξείδιο του γραφενίου πριν την παρασκευή του τελικού προϊόντος.
Η διεργασία αυτή βασίζεται στην αξιοποίηση του λιγνίτη που παράγεται σε αφθονία από τις βιομηχανίες ηλεκτρισμού και την μετατροπή του σε γραφένιο. Η μέθοδος που προτείνεται πλεονεκτεί έναντι των υπολοίπων μέχρι τώρα διότι απαιτείται μικρότερο ενεργειακό ποσό για την τελική σύνθεση, δεδομένου ότι ο αρχικός λιγνίτης μετατρέπεται σε χουμικό οξύ, στη συνέχεια σε οξείδιο του γραφενίου και τελικά σε γραφένιο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να παρακάμπτονται άκρως ενεργοβόρα ενδιάμεσα στάδια που αφορούν την τυπική μετατροπή του λιγνίτη σε γραφένιο ((α) μετατροπή λιγνίτη σε άνθρακα, (β) ενεργοποίηση του άνθρακα σε ενεργό άνθρακα, (γ) μετατροπή του ενεργού άνθρακα σε γραφίτη, (δ) μετατροπή του γραφίτη σε οξείδιο του γραφίτη, (ε) μετατροπή του οξειδίου του γραφίτη σε οξείδιο του γραφενίου, (στ) αναγωγή του οξειδίου του γραφενίου σε γραφένιο). Οι δυνητικές εφαρμογές του γραφενίου είναι πάρα πολλές που τεκμηριώνονται βιβλιογραφικά.
Η διεργασία σύνθεσης είναι η ακόλουθη: Το αρχικό δείγμα λιγνίτη (τα οποία αποκτήθηκαν με μηδενικό κόστος, αφού παραλήφθηκαν ως υπολείμματα από εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρισμού) κοσκινίζεται (150-mesh) και ξηραίνεται στους 85 °C για 8 ώρες σε φούρνο κενού. 5 g από το συγκεκριμένο ξηρό δείγμα λιγνίτη προστίθεται σε υδατικό διάλυμα NaOH (300 mL, 0.21 mol/L) και το μίγμα θερμαίνεται στους 60 °C για 2 ώρες. Το στερεό υπόλειμμα (Στερεό υπόλειμμα I) and το υπερκείμενο υγρό (Διήθημα I) διαχωρίζονται με διήθηση μεμβράνης (μέσο μέγεθος πόρων 0.45 pm). Το Στερεό υπόλειμμα I διαδοχικά ξεπλένεται με υδροχλωρικό οξύ και απιονισμένο νερό ώστε να παραχθούν τα Διηθήματα II και ΙII. Συγκεκριμένα, το μίγμα των Διηθημάτων (Ι-IIΙ) οξινίζονται με διάλυμα HC1 (0.21 mol/L) ώστε να σταθεροποιηθεί η τιμή του pH μεταξύ 1 και 2, το οποίο και διατηρείται για 12 ώρες. Το μίγμα διαχωρίζεται με φυγοκέντρηση ώστε να παραληφθεί το στερεό κλάσμα καταβύθισης (χουμικό οξύ). Η απόδοση της παραλαβής χουμικού οξέος είναι περίπου 45% (αξίωση 2). Στη συνέχεια, η σκόνη χουμικού οξέος θερμαίνεται στους 1000 °C για 1 ώρα (ρυθμός θέρμανσης 5 °C/min) και ακολουθεί επιπλέον θέρμανση μέχρι τους 1800 °C (ρυθμός θέρμανσης 10 °C/min) σε περιβάλλον αδρανούς ατμόσφαιρας Αργού για 2 ώρες. Το δείγμα μετά ψύχεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και κατόπιν λειοτρίβησης, το μέγεθος κόκκων είναι μικρότερο από 80 pm. Το συγκεκριμένο στερεό χρησιμοποιείται ως πρόδρομο υλικό πλέον για την παρασκευή οξειδίου του γραφενίου με την τροποποιημένη μέθοδο Hummers. 5 g του υλικού, 30 g KMnO4και 5 g NaNO3προστίθενται αργά σε 220 mL διαλύματος πυκνού H2SΟ4 (98%) και αναδεύονται έντονα σε παγόλουτρο για 10 ώρες. Στη συνέχεια, το μίγμα θερμαίνεται στους 35 °C για 3 ώρες με συνεχή ανάδευση και κατόπιν διαλύεται σε 440 mL απεσταγμένου νερού ε την θερμοκρασία να είναι ρυθμισμένη στους 85 °C σε όλη τη διάρκεια της διάλυσης. Διάλυμα Η2O2(30 wt%) προστίθεται στο μίγμα στάγδην μέχρι το χρώμα του διαλύματος να γίνει έντονο κίτρινο. Μετά από φυγοκέντρηση (8000 rpm, 6 λεπτά) το υπερκείμενο υγρό απομακρύνεται, ενώ το στερεό υπόλειμμα πλένεται με διάλυμα 1 Μ HC1 και απιονισμένο νερό αρκετές φορές μέχρι ουδετεροποίησης του pH του διαλύματος. Το στερεό που παραλαμβάνεται κατεργάζεται με υπερήχους σε νερό για 8 ώρες και μετά από κρυοξήρανση παραλαμβάνεται το οξείδιο του γραφενίου (88%) (αξίωση 4). 1 g του οξειδίου θερμαίνεται στους 900 °C για 5 λεπτά σε ατμόσφαιρα αζώτου και το αναγόμενο γραφένιο παραλαμβάνεται μετά από ψύξη με καθαρότητα 77% (αξίωση 6). Όλα τα ενδιάμεσα προϊόντα (χουμικό οξύ, οξείδιο του γραφενίου) τακτοποιήθηκαν με τεχνικές χαρακτηρισμού FTIR και SEM (Εικόνα 1 - Σχέδιο εφεύρεσης), όπως επίσης και ο αρχικός λιγνίτης και το τελικό προϊόν γραφενίου.
Claims (1)
- ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΓΡΑΦΕΝΙΟΥ ΥΨΗΛΗΣ ΚΑΘΑΡΟΤΗΤΑΣ ΑΠΟ ΛΙΓΝΙΤΗΑξιώσειςΑξίωση 1. Η μέθοδος παρασκευής χουμικού οξέος από λιγνίτη σύμφωνα με τα ακόλουθα δεδομένα: Το αρχικό δείγμα λιγνίτη (τα οποία αποκτήθηκαν με μηδενικό κόστος, αφού παραλήφθηκαν ως υπολείμματα από εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρισμού, αξίωση 1) κοσκινίζεται (150-mesh) και ξηραίνεται στους 85 °C για 8 ώρες σε φούρνο κενού. 5 g από το συγκεκριμένο ξηρό δείγμα λιγνίτη προστίθεται σε υδατικό διάλυμα NaOH (300 mL, 0.21 mol/L) και το μίγμα θερμαίνεται στους 60 °C για 2 ώρες. Το στερεό υπόλειμμα (Στερεό υπόλειμμα I) and το υπερκείμενο υγρό (Διήθημα I) διαχωρίζονται με διήθηση μεμβράνης (μέσο μέγεθος πόρων 0.45 pm). Το Στερεό υπόλειμμα I διαδοχικά ξεπλένεται με υδροχλωρικό οξύ και απιονισμένο νερό ώστε να παραχθούν τα Διηθήματα II και ΙII. Συγκεκριμένα, το μίγμα των Διηθημάτων (Ι-IIΙ) οξινίζονται με διάλυμα HC1 (0.21 mol/L) ώστε να σταθεροποιηθεί η τιμή του pH μεταξύ 1 και 2, το οποίο και διατηρείται για 12 ώρες. Το μίγμα διαχωρίζεται με φυγοκέντρηση ώστε να παραληφθεί το στερεό κλάσμα καταβύθισης (χουμικό οξύ).Αξίωση 2. Ένα (ενδιάμεσο) προϊόν χουμικό οξύ παραγόμενο από λιγνίτη με συγκεκριμένη μεθοδολογία σύνθεσης (όπως περιγράφεται στην αξίωση 1) με απόδοση παρασκευής 45%.Αξίωση 3. Η μέθοδος παρασκευής οξειδίου του γραφενίου από χουμικό οξύ προερχόμενο από λιγνίτη σύμφωνα με τα ακόλουθα δεδομένα: η σκόνη χουμικού οξέος προερχόμενη από λιγνίτη θερμαίνεται στους 1000 °C για 1 ώρα (ρυθμός θέρμανσης 5 °C/min) και ακολουθεί επιπλέον θέρμανση μέχρι τους 1800 °C (ρυθμός θέρμανσης 10 °C/min) σε περιβάλλον αδρανούς ατμόσφαιρας Αργού για 2 ώρες. Το δείγμα μετά ψύχεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και κατόπιν λειοτρίβησης, το μέγεθος κόκκων είναι μικρότερο από 80 pm. Το συγκεκριμένο στερεό χρησιμοποιείται ως πρόδρομο υλικό πλέον για την παρασκευή οξειδίου του γραφενίου με την τροποποιημένη μέθοδο Hummers. 5 g του υλικού, 30 g KMnΟ4και 5 g NaNΟ3προστίθενται αργά σε 220 mL διαλύματος πυκνού H2SO4 (98%) και αναδεύονται έντονα σε παγόλουτρο για 10 ώρες. Στη συνέχεια, το μίγμα θερμαίνεται στους 35 °C για 3 ώρες με συνεχή ανάδευση και κατόπιν διαλύεται σε 440 mL απεσταγμένου νερού ε την θερμοκρασία να είναι ρυθμισμένη στους 85 °C σε όλη τη διάρκεια της διάλυσης. Διάλυμα Η2Ο2(30 wt%) προστίθεται στο μίγμα στάγδην μέχρι το χρώμα του διαλύματος να γίνει έντονο κίτρινο. Μετά από φυγοκέντρηση (8000 rpm, 6 λεπτά) το υπερκείμενο υγρό απομακρύνεται, ενώ το στερεό υπόλειμμα πλένεται με διάλυμα 1 Μ HC1 και απιονισμένο νερό αρκετές φορές μέχρι ουδετεροποίησης του pH του διαλύματος. Το στερεό που παραλαμβάνεται κατεργάζεται με υπερήχους σε νερό για 8 ώρες και μετά από κρυοξήρανση παραλαμβάνεται το οξείδιο του γραφενίου.Αξίωση 4. Ένα (ενδιάμεσο) προϊόν οξειδίου του γραφενίου παραγόμενο από χουμικό οξύ προερχόμενο από λιγνίτη με συγκεκριμένη μεθοδολογία σύνθεσης (όπως περιγράφεται στην αξίωση 3) με απόδοση παρασκευής 88%.Αξίωση 5. Η μέθοδος παρασκευής γραφενίου από οξείδιο του γραφενίου μέσω χουμικού οξέος προερχόμενο από λιγνίτη σύμφωνα με τα ακόλουθα δεδομένα: 1 g του οξειδίου θερμαίνεται στους 900 °C για 5 λεπτά σε ατμόσφαιρα αζώτου και το αναγόμενο γραφένιο παραλαμβάνεται μετά από ψύξη.Αξίωση 6. Ένα τελικό προϊόν γραφενίου παραγόμενο από λιγνίτη που τροποποιήθηκε σε χουμικό οξύ (όπως περιγράφεται στην αξίωση 2) και μετέπειτα σε οξείδιο του γραφενίου (όπως περιγράφεται στην αξίωση 4) με συγκεκριμένη μεθοδολογία σύνθεσης (αξίωση 5) με καθαρότητα 77%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20210100243A GR1010267B (el) | 2021-04-08 | 2021-04-08 | Παρασκευη γραφενιου υψηλης καθαροτητας απο λιγνιτη |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20210100243A GR1010267B (el) | 2021-04-08 | 2021-04-08 | Παρασκευη γραφενιου υψηλης καθαροτητας απο λιγνιτη |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| GR1010267B true GR1010267B (el) | 2022-07-20 |
Family
ID=83191772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| GR20210100243A GR1010267B (el) | 2021-04-08 | 2021-04-08 | Παρασκευη γραφενιου υψηλης καθαροτητας απο λιγνιτη |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| GR (1) | GR1010267B (el) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011088056A2 (en) * | 2010-01-12 | 2011-07-21 | National Nanomaterials, Inc. | Method and system for producing graphene and graphenol |
| EP3299337A1 (en) * | 2015-05-19 | 2018-03-28 | Key Team Enterprises Limited | Method for preparing graphene using coal as raw material |
-
2021
- 2021-04-08 GR GR20210100243A patent/GR1010267B/el active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011088056A2 (en) * | 2010-01-12 | 2011-07-21 | National Nanomaterials, Inc. | Method and system for producing graphene and graphenol |
| EP3299337A1 (en) * | 2015-05-19 | 2018-03-28 | Key Team Enterprises Limited | Method for preparing graphene using coal as raw material |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XING BAOLIN; YUAN RUIFU; ZHANG CHUANXIANG; HUANG GUANGXU; GUO HUI; CHEN ZHENGFEI; CHEN LUNJIAN; YI GUIYUN; ZHANG YUDE; YU JIANGLON: "Facile synthesis of graphene nanosheets from humic acid for supercapacitors", FUEL PROCESSING TECHNOLOGY, ELSEVIER BV, NL, vol. 165, 21 May 2017 (2017-05-21), NL , pages 112 - 122, XP085067611, ISSN: 0378-3820, DOI: 10.1016/j.fuproc.2017.05.021 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ryu et al. | High-temperature self-assembly of peptides into vertically well-aligned nanowires by aniline vapor | |
| Premaratne et al. | Synthesis of nanosilica from paddy husk ash and their surface functionalization | |
| CN108704657B (zh) | 一种红磷/石墨相氮化碳复合纳米片及其制备方法和应用 | |
| KR20170093826A (ko) | 다양한 탄소 공급원으로부터의 그래핀 양자점의 제조 방법 | |
| KR101873933B1 (ko) | 탄산리튬을 이용한 수산화리튬의 제조방법 | |
| US20140065050A1 (en) | Systems, methods and compositions for the production of silicon nitride nanostructures | |
| JP2008303104A (ja) | ナノダイヤモンドとその製造方法 | |
| US20190218102A1 (en) | Process for obtaining graphene oxide | |
| GR1010267B (el) | Παρασκευη γραφενιου υψηλης καθαροτητας απο λιγνιτη | |
| Ngoc et al. | High‐purity amorphous silica from rice husk: Preparation and characterization | |
| Huang et al. | Preparation and characterization of the biomineralized zinc oxide particles in spider silk peptides | |
| CN111892044B (zh) | 一种大规模制备石墨烯粉体的方法 | |
| AU2016232141B2 (en) | Method for manufacturing furan-2,5-dicarboxylic acid (FDCA) from a solid salt | |
| WO2019240692A1 (en) | Low-temperature method for boron carbide production | |
| CN111960453A (zh) | 一种水性涂料用的纳米碳酸钙的制备方法 | |
| Laad | Extraction and characterization of silica from agro-waste for energy applications | |
| KR100798417B1 (ko) | 염화마그네슘 수용액으로부터 염화암모늄을 이용한 무수염화마그네슘의 제조방법 | |
| CN107601508B (zh) | 一种碳化铪纳米材料及其制备方法 | |
| CN107902639B (zh) | 一种无催化剂化学气相沉积制备n掺杂碳纳米线的方法 | |
| JP7407702B2 (ja) | 天然ゴムからのカーボンナノチューブの製造方法 | |
| CN112110434A (zh) | 一种多孔碳的合成方法 | |
| KR102271842B1 (ko) | 산화텅스텐의 제조방법 | |
| US806932A (en) | Process of making organic-acid anhydrids. | |
| US3330622A (en) | Process for dehydrating aluminum sulfate | |
| CN109351985A (zh) | 一种水热氢还原制备金属铼粉的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PG | Patent granted |
Effective date: 20220808 |