一种宏量生产石墨烯的方法技术

本发明专利技术公开了一种宏量生产石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：S1.将石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：水100份、苯磺酸盐30～50份、环戊二烯3～6份、三价铁盐1～2份；S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃～150℃，压力为1～3atm，搅拌轴转速为1000～2000rpm/min，反应时间3～6h；S3.停止反应后将上层悬浮液排出至储料罐内，静置；S4.将石墨烯悬浮液输送至离心机内离心，离心后取上层清液真空过滤得到滤饼；S5.将滤饼洗涤，冷冻干燥。该制备方法在剥离石墨烯的同时，不腐蚀设备，不损伤石墨烯结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨烯生产
，具体涉及一种宏量生产石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯是一种具有良好柔性、电性能的二维材料。需要补充的是，严格意义上说，石墨烯是一种单层的片状；不过由于单层石墨烯的制备难度，一般也把具有相近性能的寡层石墨烯也归类于石墨烯的范畴内。目前，石墨烯制备的方法主要有：化学生长法和物理剥离法。相比于效率低、不适合于工业化批量生产的化学生长法，物理剥离法主要是采用低廉的石墨为原料，通过对石墨晶体施加机械力使石墨层间发生剥离，打破石墨层间的范德华力，形成单片石墨烯或寡层石墨烯，这种物理剥离方法更具有工业化前景和适合规模化生产。在石墨烯剥离方法中，需要加入一些助剂以增加石墨的层间间距或是所谓的插层，从而使石墨更好地剥离。如采用硝酸、高锰酸钾、三氧化铬或过氧化氢作为氧化剂，浓硫酸作为插层剂，在石墨层间或边缘引入羟基、环氧基团和羧基等含氧基团，增大了石墨层间距，利于后续石墨层间剥离。但是这种化学物质插层工艺耗酸量大，生产过程中有SOx、NOx等有害气体或重金属离子的污染，产品中有硫残留，最终得到的石墨烯易产生缺陷，并且在应用中对设备有腐蚀，降低了设备的使用寿命，增加了生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种宏量生产石墨烯的方法，该制备方法通过从石墨中物理剥离出石墨烯，不仅可以有效地剥离石墨，且对石墨烯的结构破坏小。为实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案是：一种宏量生产石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：S1.将石墨鳞片和剥离液按照1∶2～5的重量比注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：其中，各组份以其重量份数计；S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃～150℃，压力为1～3atm，搅拌轴转速为1000～2000rpm/min，反应时间3～6h；S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品；S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000～6000rpm/min，离心时间10min～2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼；S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。优选的技术方案是，在步骤S1中，所述苯磺酸盐为苯磺酸锂、苯磺酸钠中的一种或混合物。优选的技术方案是，在步骤S1中，所述三价铁盐为氯化铁。优选的技术方案是，在步骤S1中，所述石墨鳞片的纯度在98％以上，粒径为30～500μm。现有技术相比，本专利技术石墨烯制备方法通过特殊的剥离液，其中的苯磺酸盐以及三价铁盐和环戊二烯形成的配合物可以插入石墨片层之间，配合剪切作用可实现对石墨烯的剥离。该制备方法在剥离石墨烯的同时，不腐蚀设备，不损伤石墨烯结构。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例1本专利技术是一种宏量生产石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：S1.将纯度在98％以上，粒径为30～500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：水100重量份数、苯磺酸锂30重量份数、环戊二烯4重量份数、氯化铁1.5重量份数。这里，石墨鳞片和剥离液的重量比为1∶6。S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃，压力为1atm，搅拌轴转速为2000rpm/min，反应时间3h。S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000rpm/min，离心时间2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。实施例2本专利技术是一种宏量生产石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：S1.将纯度在98％以上，粒径为30～500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中，剥离液的组成为：水100重量份数、苯磺酸锂35重量份数、环戊二烯3重量份数、氯化铁1重量份数。这里，石墨鳞片和剥离液的重量比为1∶5。S2.加热釜体，保持釜体内温度为100℃，压力为3atm，搅拌轴转速为1000rpm/min，反应时间6h。S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为6000rpm/min，离心时间10min，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。实施例3本专利技术是一种宏量生产石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：S1.将纯度在98％以上，粒径为30～500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中，剥离液的组成为：水100重量份数、苯磺酸钠40重量份数、环戊二烯6重量份数、氯化铁2重量份数。这里，石墨鳞片和剥离液的重量比为1∶4。S2.加热釜体，保持釜体内温度为120℃，压力为2atm，搅拌轴转速为1500rpm/min，反应时间5h。S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为3000rpm/min，离心时间1h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。实施例4本专利技术是一种宏量生产石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：S1.将纯度在98％以上，粒径为30～500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中，剥离液的组成为：水100重量份数、苯磺酸钠50重量份数、环戊二烯5重量份数、氯化铁1.6重量份数。这里，石墨鳞片和剥离液的重量比为1∶2。S2.加热釜体，保持釜体内温度为130℃，压力为2atm，搅拌轴转速为1800rpm/min，反应时间4h。S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为5000rpm/min，离心时间30min，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宏量生产石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1.将石墨鳞片和剥离液按照1∶2～10的重量比注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：其中，各组份以其重量份数计；S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃～150℃，压力为1～3atm，搅拌轴转速为1000～2000rpm/min，反应时间3～6h；S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品；S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000～6000rpm/min，离心时间10min～2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼；S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。

【技术特征摘要】
1.一种宏量生产石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1.将石墨鳞片和剥离液按照1∶2～10的重量比注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：其中，各组份以其重量份数计；S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃～150℃，压力为1～3atm，搅拌轴转速为1000～2000rpm/min，反应时间3～6h；S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品；S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000～6000rp...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴加龙，
申请(专利权)人：戴加龙，
类型：发明
国别省市：江苏;32