一种利用鳞片石墨制备石墨烯的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用鳞片石墨制备石墨烯的方法，将鳞片石墨经球磨、浮选、氧化、还原和干燥后，即得石墨烯。本发明专利技术制备石墨烯具有纯度高，比表面积大和层数少的特点。

Method for preparing graphene by using flake graphite

The invention relates to a method for preparing graphene by flake graphite, which is obtained by ball milling, flotation, oxidation, reduction and drying. The preparation of graphene has the characteristics of high purity, large specific surface area and little number of layers.

【技术实现步骤摘要】
一种利用鳞片石墨制备石墨烯的方法
本专利技术涉及一种利用鳞片石墨制备石墨烯的方法。
技术介绍
鳞片石墨石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。鳞片石墨矿石的特点是品位不高，一般在2～3％或10～25％之间。鳞片石墨是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越，因此它的工业价值最大。《鳞片石墨浮选工艺的研究》中记载柳毛石墨的普通浮选工艺用一次粗磨、六次再磨、八次精选，再加一次粗选一次扫选，中矿逐级返回，流程冗长复杂。鳞片石墨矿由于品位低，纯化成本高，不利于大批量生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种利用鳞片石墨制备石墨烯的方法，本专利技术制备的石墨烯纯度高，比表面积大，层数少。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：一种利用鳞片石墨制备石墨烯的方法，其特征在于按照以下步骤进行：1)制备粗破鳞片石墨矿：将鳞片石墨矿加入到破碎机中，粗破，得到粗破鳞片石墨矿；2)制备球磨料浆：将粗破鳞片石墨矿、5040分散剂和水按照质量比40～60∶0.1～0.5∶40～60加入到一级球磨滚机中，球磨至40～60目即得一次料浆，将一次料浆加入到二级球磨机，球磨至80～120目，即得球磨料浆；3)制备鳞片石墨A和浮选料浆A：将步骤2)制备的球磨料浆和起泡剂按照质量比1000∶0.02～0.05加入到浮选机中，在温度为60～80℃条件下浮选4～8h，得到鳞片石墨A和浮选料浆A；4)浮选：至少浮选二次，浮选步骤为：将浮选料浆A打入二级球磨机球磨5～20分钟，将浮选料浆A和起泡剂按照质量比1000∶0.02～0.05加入到浮选机中，在温度为60～80℃条件下浮选1～8h，得到鳞片石墨和浮选料浆；5)制备鳞片石墨粉：将步骤3)制备的鳞片石墨A和步骤4)制备的鳞片石墨合并干燥后，得到鳞片石墨粉；6)去除有机物并制备粗制氧化石墨烯：将步骤5)制备的鳞片石墨粉加入到质量份数为30％的稀硝酸和质量份数为75％的稀硫酸按照质量比3∶7的混合液中，鳞片石墨粉和混合液的质量比为1∶100，在温度为5～25℃条件下搅拌1～6h，去除上层黑色物并过滤，得粗制氧化石墨烯；7)纯化氧化石墨烯：将步骤6)制备的粗制氧化石墨烯经水洗和干燥后得到氧化石墨烯；8)制备预还原悬浮液：将步骤7)制备的氧化石墨烯、还原剂和水按照质量比15～30∶5～15∶55～80加入到超声波容器中振荡分散5～20min，制得预还原悬浮液；9)制备粗制石墨烯：将预还原悬浮液均匀涂抹于衬底上，用红外激光对衬底照射15～60min，衬底上的石墨烯即得粗制石墨烯；10)去除还原剂纯化石墨烯：将粗制石墨烯经水洗和干燥后，即得石墨烯；所述起泡剂是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、十二烷基本磺酸钠、山梨醇酐单硬脂酸脂、偶氮二甲酰胺、松树油和对甲苯磺酰肼中的一种或几种；所述还原剂是维生素C、硼氢化钠和乙醇中的一种或几种；所述衬底是聚四氟乙烯、硅片和聚偏氟乙烯中的一种或几种。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：进一步，步骤1)中所述鳞片石墨的品位是15～25％。进一步，步骤2)所述一级球磨机中球磨材料是球磨钢球；二级球磨机中球磨材料是球磨钢棒。进一步，步骤3)中所述起泡剂是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和松树油按照质量比3∶1的组合物；球磨料浆和起泡剂按照质量比1000∶0.03；反应温度70℃，反应时间7h。进一步，步骤4)所述浮选为5次。本专利技术具有以下有益技术效果：1)、由于石墨的比表面积大，在球磨过程中很容易形成二次絮凝，本专利技术通过加入5040分散剂，可以防止石墨烯絮凝，减少球磨次数，节约能源。2)、球磨研磨效果好，但容易造成鳞片石墨在研磨中损失，棒磨研磨效果差，但不容易造成鳞片石墨的损失。本专利技术采用球磨和棒磨相结合，可以减少鳞片石墨的损失。3)、鳞片石墨具有可浮性，因此选择起泡剂很重要，起泡剂起泡大则容易将其它矿物带出，气泡小则浮选时间长，本专利技术经过大量实验发现，起泡剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和松树油按照3∶1的组合物，起泡细腻，且球磨料浆和起泡剂按照质量比为1000∶0.03，浮选鳞片石墨烯效果好。4)、本专利技术通过稀硝酸和稀硫酸的混合液处理，在氧化鳞片石墨的同时，也氧化鳞片石墨浮选时带出的有机物，同时还将一些金属杂质溶解；有利于通过水洗去除，达到纯化石墨烯的目的。5)、本专利技术通过5次浮选，3次除杂纯化，生产的石墨烯纯度可达99.2，满足石墨烯电池要求。具体实施方式下面结合具体实例进一步说明本专利技术。实施例一1)制备粗破鳞片石墨矿：将鳞片石墨矿加入到破碎机中，粗破，得到粗破鳞片石墨矿；2)制备球磨料浆：将粗破鳞片石墨矿、5040分散剂和水按照质量比45∶0.2∶54.8加入到一级球磨滚机中，球磨至40～60目即得一次料浆，将一次料浆加入到二级球磨机，球磨至80～120目，即得球磨料浆；3)制备鳞片石墨A和浮选料浆A：将步骤2)制备的球磨料浆和起泡剂按照质量比1000∶0.03加入到浮选机中，所述起泡剂是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和松树油按照质量比3∶1的组合物，在温度为70℃条件下浮选7h，得到鳞片石墨A和浮选料浆A；4)浮选：浮选5次，浮选步骤为：将浮选料浆A打入二级球磨机球磨10分钟，将浮选料浆A和起泡剂按照质量比1000∶0.03加入到浮选机中，所述起泡剂是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和松树油按照质量比3∶1的组合物，在温度为70℃条件下浮选6h，收集浮选出的鳞片石墨B和浮选料浆B；将浮选料浆B打入二级球磨机球磨10分钟，将浮选料浆B和起泡剂按照质量比1000∶0.03加入到浮选机中，所述起泡剂是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和松树油按照质量比3∶1的组合物，在温度为70℃条件下浮选5h，收集浮选出的鳞片石墨C和浮选料浆C；将浮选料浆C打入二级球磨机球磨10分钟，将浮选料浆C和起泡剂按照质量比1000∶0.03加入到浮选机中，所述起泡剂是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和松树油按照质量比3∶1的组合物，在温度为70℃条件下浮选4h，收集浮选出的鳞片石墨D和浮选料浆D；将浮选料浆D打入二级球磨机球磨10分钟，将浮选料浆D和起泡剂按照质量比1000∶0.03加入到浮选机中，所述起泡剂是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和松树油按照质量比3∶1的组合物，在温度为70℃条件下浮选3h，收集浮选出的鳞片石墨E和浮选料浆E；将浮选料浆E打入二级球磨机球磨10分钟，将浮选料浆E和起泡剂按照质量比1000∶0.03加入到浮选机中，所述起泡剂是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和松树油按照质量比3∶1的组合物，在温度为70℃条件下浮选2h，收集浮选出的鳞片石墨H和浮选料浆H；5)制备鳞片石墨粉：将步骤3)制备的鳞片石墨A和步骤4)制备的鳞片石墨B至H合并干燥后，得到鳞片石墨粉；6)去除有机物并制备粗制氧化石墨烯：将步骤5)制备的鳞片石墨粉加入到质量份数为30％的稀硝酸和质量份数为75％的稀硫酸按照质量比3∶7的混合液中，鳞片石墨粉和混合液的质量比为1∶100，在温度为15℃条件下搅拌2h，去除上层黑色物并过滤，得粗制氧化石墨烯；7)纯化氧化石墨烯：将步骤6)制备的粗制氧化石墨烯经水洗和干燥后得到氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用鳞片石墨制备石墨烯的方法，其特征在于按照以下步骤进行：1)制备粗破鳞片石墨矿：将鳞片石墨矿加入到破碎机中，粗破，得到粗破鳞片石墨矿；2)制备球磨料浆：将粗破鳞片石墨矿、5040分散剂和水按照质量比40～60∶0.1～0.5∶40～60加入到一级球磨滚机中，球磨至40～60目即得一次料浆，将一次料浆加入到二级球磨机，球磨至80～120目，即得球磨料浆；3)制备鳞片石墨A和浮选料浆A：将步骤2)制备的球磨料浆和起泡剂按照质量比1000∶0.02～0.05加入到浮选机中，在温度为60～80℃条件下浮选4～8h，得到鳞片石墨A和浮选料浆A；4)浮选：至少浮选二次，浮选步骤为：将浮选料浆A打入二级球磨机球磨5～20分钟，将浮选料浆A和起泡剂按照质量比1000∶0.02～0.05加入到浮选机中，在温度为60～80℃条件下浮选1～8h，得到鳞片石墨和浮选料浆；5)制备鳞片石墨粉：将步骤3)制备的鳞片石墨A和步骤4)制备的鳞片石墨合并干燥后，得到鳞片石墨粉；6)去除有机物并制备粗制氧化石墨烯：将步骤5)制备的鳞片石墨粉加入到质量份数为30％的稀硝酸和质量份数为75％的稀硫酸按照质量比3∶7的混合液中，鳞片石墨粉和混合液的质量比为1∶100，在温度为5～25℃条件下搅拌1～6h，去除上层黑色物并过滤，得粗制氧化石墨烯；7)纯化氧化石墨烯：将步骤6)制备的粗制氧化石墨烯经水洗和干燥后得到氧化石墨烯；8)制备预还原悬浮液：将步骤7)制备的氧化石墨烯、还原剂和水按照质量比15～30∶5～15∶55～80加入到超声波容器中振荡分散5～20min，制得预还原悬浮液；9)制备粗制石墨烯：将预还原悬浮液均匀涂抹于衬底上，用红外激光对衬底照射15～60min，衬底上的石墨烯即得粗制石墨烯；10)去除还原剂纯化石墨烯：将粗制石墨烯经水洗和干燥后，即得石墨烯；所述起泡剂是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、十二烷基本磺酸钠、山梨醇酐单硬脂酸脂、偶氮二甲酰胺、松树油和对甲苯磺酰肼中的一种或几种；所述还原剂是维生素C、硼氢化钠和乙醇中的一种或几种；所述衬底是聚四氟乙烯、硅片和聚偏氟乙烯中的一种或几种。...

【技术特征摘要】
1.一种利用鳞片石墨制备石墨烯的方法，其特征在于按照以下步骤进行：1)制备粗破鳞片石墨矿：将鳞片石墨矿加入到破碎机中，粗破，得到粗破鳞片石墨矿；2)制备球磨料浆：将粗破鳞片石墨矿、5040分散剂和水按照质量比40～60∶0.1～0.5∶40～60加入到一级球磨滚机中，球磨至40～60目即得一次料浆，将一次料浆加入到二级球磨机，球磨至80～120目，即得球磨料浆；3)制备鳞片石墨A和浮选料浆A：将步骤2)制备的球磨料浆和起泡剂按照质量比1000∶0.02～0.05加入到浮选机中，在温度为60～80℃条件下浮选4～8h，得到鳞片石墨A和浮选料浆A；4)浮选：至少浮选二次，浮选步骤为：将浮选料浆A打入二级球磨机球磨5～20分钟，将浮选料浆A和起泡剂按照质量比1000∶0.02～0.05加入到浮选机中，在温度为60～80℃条件下浮选1～8h，得到鳞片石墨和浮选料浆；5)制备鳞片石墨粉：将步骤3)制备的鳞片石墨A和步骤4)制备的鳞片石墨合并干燥后，得到鳞片石墨粉；6)去除有机物并制备粗制氧化石墨烯：将步骤5)制备的鳞片石墨粉加入到质量份数为30％的稀硝酸和质量份数为75％的稀硫酸按照质量比3∶7的混合液中，鳞片石墨粉和混合液的质量比为1∶100，在温度为5～25℃条件下搅拌1～6h，去除上层黑色物并过滤，得粗制氧化石墨烯；7)纯化氧化石墨烯：将步骤6)制备的粗制氧化石...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恕广，李泰胧，孙健，于永杰，
申请(专利权)人：烟台市烯能新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37