JP7252260B2 - 電極グラファイトスクラップから酸化グラフェンを製造するための方法 - Google Patents
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Description
-ステップ2:遠心分級
-ステップ3:後処理
しかしながら、このグラフェンの製造方法は、多数のステップを含む。特に、廃グラファイト電極の前処理、精製及び液相剥離強化(ステップ1)は、方法の時間を著しく延長する多数のサブステップを含む。実際、該方法は、表面層を20μm~60μmの粒径のグラファイト粉末に粉砕し、アルミニウム元素とグラファイト粉末との質量比が1:10~1:50となるように配合及び添加されたアルミニウムイオン塩を含む液相精製剥離溶液にグラファイト粉末を投入して精製及び剥離強化処理を行い、処理工程中に液相精製剥離溶液のpHを0.5~2に制御し、処理終了後、溶液を静置して成層させることにより、グラフェン含有混濁液である上層と、粗大なグラフェン及び不溶性不純物粒子である下層とが生じ、この上層と下層とを分離して使用可能なグラフェン含有混濁液を得て、グラフェンを調製する。次に、遠心分離が行われる。最後に、グラファイトをインターカレーションするため、インターカレーション試薬としてナトリウム、アルミニウム及びフッ素を使用してインターカレーションステップが行われる。したがって、グラファイトを剥離してグラフェンを得ることができる。この方法、特に前処理、精製及び液相剥離強化ステップは、工業規模で処理するのが非常に困難である。さらに、この方法を適用することにより、グラフェンのみを得ることができ、酸化グラフェンなどの他の材料は得られないのは、これらの化合物が完全に異なるためである。グラフェンの製造方法を酸化グラフェンの製造方法に置き換えることはできない。
-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。
-含酸素官能基とは、ケトン基、カルボキシル基、エポキシ基及びヒドロキシル基を意味する。本発明の他の特徴及び利点は、以下の本発明の詳細な説明により明らかとなるであろう。
A.グラファイト電極スクラップを提供することと、
B.粉砕されたグラファイト電極を得るために電極グラファイトスクラップを粉砕することと、
C.酸化グラフェンを得るための、粉砕されたグラファイト電極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.粉砕されたグラファイト電極、酸及び硝酸塩を含む混合物の調製であって、この混合物が5℃未満の温度に保たれる調製、
ii.酸化グラファイトを得るための、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化学的要素の添加、
iv.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
を含む方法に関する。
次に、MnO2を除去するために、酸を使用することができる。例えば、HClを混合物に添加すると、次の反応が起こる。
いかなる理論にも束縛されることを望まないが、反応を停止させる要素が混合物に添加されると、この添加が過度に発熱を生じさせて、爆発又は飛散を引き起こすリスクがあると思われる。したがって、好ましくは、ステップC.iii)において、反応を停止させるために使用される要素は、ステップC.ii)で得られた混合物にゆっくりと添加される。より好ましくは、ステップC.ii)で得られた混合物は、酸化反応を停止させるために使用される要素に徐々に注入される。例えば、ステップC.ii)で得られた混合物は、反応を停止させるために脱イオン水に徐々に注入される。
Claims (11)
- グラファイト電極スクラップから酸化グラフェンを製造するための方法であって、
A.電気アーク炉で使用されたグラファイト電極スクラップを提供することと、
B.粉砕されたグラファイト電極を得るために電極グラファイトスクラップを粉砕することと、
C.酸化グラフェンを得るための、粉砕されたグラファイト電極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.粉砕されたグラファイト電極、酸及び硝酸塩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.酸化グラファイトを得るための、ステップC.i)で得られた混合物への酸化剤の添加、
iii.少なくとも45重量%の酸素官能基の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、
iv.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、
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
を含み、
ステップB.において、200μm未満のサイズを有する粉砕されたグラファイト電極を得るために粉砕が行われる、
方法。 - ステップB)において、150μm未満のサイズを有する粉砕されたグラファイト電極を得るために粉砕が行われる、請求項1に記載の方法。
- ステップB)において、100~150μmのサイズを有する粉砕されたグラファイト電極を得るために粉砕が行われる、請求項2に記載の方法。
- ステップC.i)において、硝酸塩が、NaNO3、NH4NO3、KNO3、Ni(NO3)2、Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Al(NO3)3又はそれらの混合物から選択される、請求項1~3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、H2SO4、HCl、HNO3、H3PO4、C2H2Cl2O2(ジクロロ酢酸)、HSO2OH(アルキルスルホン酸)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.ii)において、酸化剤が、過マンガン酸カリウム、H2O2、O3、H2S2O8、H2SO5、KNO3、NaClO又はそれらの混合物から選択される、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- ステップC.iii)において、酸化反応を停止させるために使用される化学的要素が、酸、非脱イオン水、脱イオン水、H2O2又はそれらの混合物から選択される、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 反応を停止させるために少なくとも2つの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、請求項7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要素に徐々に注入される、請求項1~8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、蒸留又は濾過によって分離される、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- ステップC.v)において、剥離が、超音波、機械撹拌器、ふるい振とう器又は熱剥離を使用することにより行われる、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
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