JP7159350B2 - キッシュグラファイトから還元型酸化グラフェンを製造するための方法 - Google Patents
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Description
- 硝酸ナトリウム(NaNO3)、硫酸(H2SO4)及び過マンガン酸ナトリウム又は過マンガン酸カリウム(KMnO4)によるキッシュグラファイトの酸化ステップと、
- 還元型酸化グラフェンを得るための酸化グラフェンの還元ステップと、
を含むハマー法に基づいて合成される。
- キッシュグラファイトを前処理するステップと、
- 前処理したキッシュグラファイトを酸性溶液で酸化することにより、酸化グラファイトを製造するステップと、
- 酸化グラファイトを剥離することにより、酸化グラフェンを製造するステップと、
- 酸化グラフェンを還元剤で還元することにより、還元型酸化グラフェンを製造するステップと、
を含む方法について開示している。
A.キッシュグラファイトを提供することと、
B.前記キッシュグラファイトの前処理ステップであって、以下の連続するサブステップである、
i.前記キッシュグラファイトが、次のようにサイズによって、
a)50μm未満のサイズを有するキッシュグラファイト、
b)50μm以上のサイズを有するキッシュグラファイト、
に分類されるふるい分けステップであって、50μm未満のサイズを有するキッシュグラファイトの前記画分a)が除去されるステップ、
ii.50μm以上のサイズを有するキッシュグラファイトの前記画分b)に関する浮選ステップ、
iii.重量比(酸量)/(キッシュグラファイト量)が0.25~1.0となるように酸が添加される酸浸出ステップ、
iv.任意選択的に、キッシュグラファイトを洗浄及び乾燥させるステップ、
を含むステップと、
C.酸化グラフェンを得るための、ステップB)の後に得られた前処理されたキッシュグラファイトの酸化ステップと、
D.酸化グラフェンを還元型酸化グラフェンへと還元することと、
を含む方法について開示している。
- 還元型酸化グラフェンとは、還元された酸化グラフェンを意味する。還元型酸化グラフェンは、いくつかの含酸素官能基を有する1層又は数層のグラフェンを含み、
- 浮選ステップとは、疎水性材料であるキッシュグラファイトを親水性材料から選択的に分離する工程を意味する。
A.キッシュグラファイトを提供することと、
B.前記キッシュグラファイトの前処理ステップであって、以下の連続するサブステップである、
i.前記キッシュグラファイトが、次のようにサイズによって、
a)50μm未満のサイズを有するキッシュグラファイト、
b)50μm以上のサイズを有するキッシュグラファイト、
に分類されるふるい分けステップであって、
50μm未満のサイズを有するキッシュグラファイトの前記画分a)が除去されるステップ、
ii.50μm以上のサイズを有するキッシュグラファイトの前記画分b)による浮選ステップ、及び
iii.重量比(酸量)/(キッシュグラファイト量)が0.25~1.0の間となるように酸が添加される酸浸出ステップ、
を含むステップと、
C.酸化グラフェンを得るための、ステップB)の後に得られた前処理されたキッシュグラファイトの酸化ステップであって、以下の連続するサブステップである
i.前処理されたキッシュグラファイト、酸、及び硝酸アンモニウム(NH4NO3)を含む混合物の調製であって、前記混合物が5℃未満の温度に保たれる調製、
ii.ステップC.i)で得られた混合物への酸化剤の添加、
iii.目標の酸化レベルに達した後、酸化反応を停止させるための要素の添加、
iv.任意選択的に、ステップC.iii)で得られた混合物からの酸化グラファイトの分離、及び
v.酸化グラファイトの酸化グラフェンへの剥離、
を含むステップと、
D.酸化グラフェンを還元型酸化グラフェンへと還元することと
を含む方法に関する。
i.還元剤による酸化グラフェンの還元と、
ii.ステップD.i)で得られた混合物の撹拌と、
iii.任意選択的に、還元型酸化グラフェンの洗浄と、
iv.任意選択的に、還元型酸化グラフェンの乾燥と、
を含む。
a)63μm未満のサイズを有するキッシュグラファイト
b)63μm以上のサイズを有するキッシュグラファイト
63μm未満のサイズを有するキッシュグラファイトの画分a)を除去した。
- セル容積(l):2
- ロータ速度(rpm):2000
- 固形分濃度(%):5~10
- 発泡剤、種類:MIBC
- 発泡剤、添加(g/T):40
- 調整時間(秒):10
- 水条件:自然のpH、室温
Claims (11)
- キッシュグラファイトから還元型酸化グラフェンを製造するための方法であって、
A.キッシュグラファイトを提供することと、
B.前記キッシュグラファイトの前処理ステップであって、以下の連続するサブステップである
i.前記キッシュグラファイトが、次のようにサイズによって
a)50μm未満のサイズを有するキッシュグラファイト、
b)50μm以上のサイズを有するキッシュグラファイト、
に分類されるふるい分けステップであって、
50μm未満のサイズを有するキッシュグラファイトの前記画分a)が除去されるステップ、
ii.50μm以上のサイズを有するキッシュグラファイトの前記画分b)に関する浮選ステップ、及び
iii.重量比(酸量)/(キッシュグラファイト量)が0.25~1.0となるように酸が添加される酸浸出ステップ、
を含むステップと、
C.酸化グラフェンを得るための、ステップB)の後に得られた前処理されたキッシュグラファイトの酸化ステップであって、以下の連続するサブステップである、
i.前処理されたキッシュグラファイト、酸、及び硝酸アンモニウム(NH4NO3)を含む混合物の調製であって、前記混合物が5℃未満の温度に保たれる調製、
ii.ステップC.i)で得られた混合物への酸化剤の添加、ここで、酸化剤が、過マンガン酸カリウム(KMnO 4 )、H 2 O 2 、O 3 、H 2 S 2 O 8 、H 2 SO 5 、KNO 3 、NaClO及びそれらの混合物から成る群から選択されるものであり、
iii.目標の酸化レベルに達した後、酸化反応を停止させるための化学的要素の添加、ここで、目標の酸化レベルは、酸化グラフェンが少なくとも45重量%の酸素基を有する酸化度であり、化学的要素が、酸、非脱イオン水、脱イオン水、H 2 O 2 及びそれらの混合物から成る群から選択されるものであり、少なくとも2つの化学的要素が選択される場合、それらが連続的に又は同時に使用される、
iv.任意選択的に、ステップC.iii)で得られた混合物からの酸化グラファイトの分離、及び
v.酸化グラファイトの酸化グラフェンへの剥離、ここで、剥離が、超音波又は熱剥離を使用することにより行われる、
を含むステップと、
D.酸化グラフェンを還元型酸化グラフェンへと還元することと、ここで、還元が、アスコルビン酸、尿素、ヒドラジン水化物、NaOH及びKOHから選択されるアルカリ性溶液、没食子酸、タンニン酸、ドーパミン及び茶ポリフェノールから選択されるフェノール類、メチルアルコール、エチルアルコール及びイソプロピルアルコールから選択されるアルコール類、グリシン、クエン酸ナトリウム、並びに水素化ホウ素ナトリウムから成る群から選択される還元剤を用いて実施され、50~120℃の間の温度で24時間未満の還元反応により実施される
を含む、方法。 - ステップB.i)におけるキッシュグラファイトのサイズによるふるい分けが、55μm未満のサイズを有する画分a)と55μm以上のサイズを有する画分b)とにより実施され、画分a)が除去され、ステップB.ii)における浮選が、前記画分b)に対して実施される請求項1に記載の方法。
- ステップB.i)におけるキッシュグラファイトのサイズによるふるい分けの画分b)が、300μm以下のサイズで実施され、300μmを超えるサイズを有するキッシュグラファイトのいかなる画分も、ステップB.ii)の前に除去される、請求項2に記載の方法。
- ステップB.iii)において、酸量/キッシュグラファイト量の重量比が、0.25~0.9の間である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- ステップB.iii)において、酸が、以下の要素である塩酸、リン酸、硫酸、硝酸又はそれらの混合物から選択される、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- ステップC.iii)において、ステップC.ii)で得られた混合物が、酸化反応を停止させるために使用される化学的要素に徐々に注入される、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- ステップC.iv)において、酸化グラファイトが、遠心分離、デカンテーション又は濾過によって分離される、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- ステップC.i)において、酸が、以下の要素である塩酸、リン酸、硫酸、硝酸又はそれらの混合物から選択される、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- ステップD)において、以下のサブステップである
i.還元剤による酸化グラフェンの還元型酸化グラフェンへの還元と、
ii.ステップD.i)で得られた混合物の撹拌と、
iii.任意選択的に、前記還元型酸化グラフェンの洗浄と、
iv.任意選択的に、前記還元型酸化グラフェンの乾燥と
を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。 - ステップD.ii)において、混合物が、50~120℃の温度に保たれる、請求項9に記載の方法。
- ステップD.ii)において、撹拌が、24時間未満の間行われる、請求項9又は10に記載の方法。
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