工业氧化石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术属于新材料氧化石墨烯制备领域，具体涉及一种工业氧化石墨烯的制备方法。本发明专利技术所述的工业氧化石墨烯的制备方法，步骤如下：(1)原料预处理：将浓硫酸与天然鳞片石墨混合后，升温反应，得酸性混合物料；(2)氧化：将酸性混合物料降温后，依次加入高锰酸钾、纯水进行反应，反应完毕，加入双氧水，得氧化石墨溶液；(3)水洗：离心、水洗氧化石墨溶液至中性；(4)超声：将步骤(3)所得溶液配制为悬浮液，超声，冷冻干燥，得氧化石墨烯产品。本发明专利技术所述方法制备的氧化石墨烯比表面积大、层数稳定、易于离心。

Process for preparing industrial oxidized graphene

The invention belongs to the field of preparation of new material graphene oxide, in particular to a preparation method of industrial oxidized graphene. The invention relates to a preparation method, wherein the industrial graphene oxide are as follows: (1) the pretreatment of raw materials: sulfuric acid and natural flake graphite after mixing, heating reaction, acid mixture; (2) oxidation: acid mixed material after cooling, in order to join Potassium Permanganate, pure water reaction, after the reaction well, adding hydrogen peroxide, graphite oxide solution; (3) washing: centrifugal washing of graphite oxide solution to neutral; (4) ultrasound: (3) the solution preparation steps for suspension, ultrasonic, freeze drying, oxidized graphene products. The graphene oxide prepared by the method has large specific surface area, stable number of layers and is easy to be centrifuged.

【技术实现步骤摘要】
工业氧化石墨烯的制备方法
本专利技术属于新材料氧化石墨烯制备领域，具体涉及一种工业氧化石墨烯的制备方法。
技术介绍
氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料，更是具有广泛的应用领域。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，是石墨烯的氧化物，因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质，虽然导电率远低于石墨烯，但其表面活性更容易和其他物质发生复合反应。现有的制备氧化石墨烯的主要方法可以分为固相法，液相法和气相法三种方式。目前，常用的氧化石墨烯制备为氧化法，但是该法也存在生产的氧化石墨烯比表面积小，每批层数不稳定，难离心的缺点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种工业氧化石墨烯的制备方法，解决工业氧化石墨烯比表面积小、层数不稳定、难离心的问题。本专利技术所述的工业氧化石墨烯的制备方法，步骤如下：(1)原料预处理：将浓硫酸与天然鳞片石墨混合后，升温反应，得酸性混合物料；(2)氧化：将酸性混合物料降温后，依次加入高锰酸钾、纯水进行反应，反应完毕，加入双氧水，得氧化石墨溶液；(3)水洗：离心、水洗氧化石墨溶液至中性；(4)超声：将步骤(3)所得溶液配制为悬浮液，超声，冷冻干燥，得氧化石墨烯产品。其中：步骤(1)中，所述的天然鳞片石墨的粒径为200-400目。天然鳞片石墨目数不同，制备的石墨烯粒径和比表面积不同，进而使得石墨烯的适用于不同领域。步骤(1)中，所述的浓硫酸与天然鳞片石墨的质量比为100:1～130:1。优选地，浓硫酸与天然鳞片石墨的质量比为110:1。步骤(1)中，所述的反应温度为70～85℃，反应时间为1～2小时。步骤(2)中，所述的降温为降温至0～20℃。步骤(2)中，所述的高锰酸钾的加入量为天然鳞片石墨质量的2～9倍。优选地，高锰酸钾的加入量为天然鳞片石墨质量的5倍。所述的高锰酸钾缓慢加入至酸性混合物料中，在1.5～3小时内加入。高锰酸钾加入过快易发生局部反应，影响石墨烯层数和粒径。步骤(2)中，所述的纯水与步骤(1)中浓硫酸的体积相同。所述的纯水缓慢加入至反应体系中，在4～6小时内加入。步骤(2)中，所述的反应温度为35～45℃，反应时间为2～3小时。反应温度过低会导致反应不充分，影响反应收率；反应温度超过50℃，生成的物质易发生交联，碳环上的环氧管能团变多，不宜还原，直接影响石墨烯的性能。步骤(2)中，加入双氧水后，溶液变为金黄色。步骤(4)中，所述的悬浮液的浓度为1～8g/L，所述的超声时间为20-30分钟。优选地，所述的悬浮液的浓度为3g/L。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：1、本专利技术经过原料预处理阶段，高温下用浓硫酸去除石墨本身的缺陷，使石墨的片层规整；硫酸氢根离子在石墨片层插层，增加了层与层之间的间距，没有经过预处理的原料，石墨层间距为0.2～0.3nm，而经过原料预处理的石墨，层间距变为0.6～0.8nm，增加了氧化官能团的插入，提高氧化石墨烯的表面活性，利于下游客户的使用。层间距增大，便于超声剥层，生产的氧化石墨烯层数在5～8层，且每批产品稳定。2、金黄色氧化石墨溶液难离心的原因是由于浓硫酸具有粘稠性，氧化石墨溶液浓度大，为解决这一问题，氧化石墨离心前，加入与浓硫酸等体积的纯水稀释，便于离心水洗。3、本专利技术加入的天然鳞片石墨粒径小，石墨的表面活性增大，有助于氧化反应，制备出的氧化石墨烯的比表面积能够达到500g/cm2，利于氧化石墨烯在复合材料领域的应用。附图说明图1是本专利技术的生产工艺流程图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1所述的工业氧化石墨烯的制备方法，步骤如下：(1)原料预处理：将浓硫酸与天然鳞片石墨(粒径为300目)混合后，升温至77℃反应1.5小时，得酸性混合物料；所述的浓硫酸与天然鳞片石墨的质量比为110:1。(2)氧化：将酸性混合物料降温至10℃，依次加入高锰酸钾、纯水在40℃下反应2.5小时，反应完毕，加入双氧水，得氧化石墨溶液；所述的高锰酸钾的加入量为天然鳞片石墨质量的5倍，在2.3小时内加入；所述的纯水与步骤(1)中浓硫酸的体积相同，在5小时内加入；所述的双氧水的加入量为高锰酸钾质量的0.7倍。(3)水洗：离心、水洗氧化石墨溶液至中性；(4)超声：将步骤(3)所得溶液配制为浓度为3g/L的悬浮液，超声25分钟，冷冻干燥，得氧化石墨烯产品。所述的氧化石墨烯产品的比表面积为500g/cm2。实施例2所述的工业氧化石墨烯的制备方法，步骤如下：(1)原料预处理：将浓硫酸与天然鳞片石墨(粒径为200目)混合后，升温至70℃反应2小时，得酸性混合物料；所述的浓硫酸与天然鳞片石墨的质量比为100:1。(2)氧化：将酸性混合物料降温至0℃，依次加入高锰酸钾、纯水在35℃下反应3小时，反应完毕，加入双氧水，得氧化石墨溶液；所述的高锰酸钾的加入量为天然鳞片石墨质量的2倍，在1.5小时内加入；所述的纯水与步骤(1)中浓硫酸的体积相同，在4小时内加入；所述的双氧水的加入量为高锰酸钾质量的0.4倍。(3)水洗：离心、水洗氧化石墨溶液至中性；(4)超声：将步骤(3)所得溶液配制为浓度为1g/L的悬浮液，超声20分钟，冷冻干燥，得氧化石墨烯产品。所述的氧化石墨烯产品的比表面积为490g/cm2。实施例3所述的工业氧化石墨烯的制备方法，步骤如下：(1)原料预处理：将浓硫酸与天然鳞片石墨(粒径为400目)混合后，升温至85℃反应1小时，得酸性混合物料；所述的浓硫酸与天然鳞片石墨的质量比为130:1。(2)氧化：将酸性混合物料降温至20℃，依次加入高锰酸钾、纯水在45℃下反应2小时，反应完毕，加入双氧水，得氧化石墨溶液；所述的高锰酸钾的加入量为天然鳞片石墨质量的9倍，在3小时内加入；所述的纯水与步骤(1)中浓硫酸的体积相同，在6小时内加入；所述的双氧水的加入量为高锰酸钾质量的1倍。(3)水洗：离心、水洗氧化石墨溶液至中性；(4)超声：将步骤(3)所得溶液配制为浓度为8g/L的悬浮液，超声30分钟，冷冻干燥，得氧化石墨烯产品。所述的氧化石墨烯产品的比表面积为495g/cm2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤如下：(1)原料预处理：将浓硫酸与天然鳞片石墨混合后，升温反应，得酸性混合物料；(2)氧化：将酸性混合物料降温后，依次加入高锰酸钾、纯水进行反应，反应完毕，加入双氧水，得氧化石墨溶液；(3)水洗：离心、水洗氧化石墨溶液至中性；(4)超声：将步骤(3)所得溶液配制为悬浮液，超声，冷冻干燥，得氧化石墨烯产品。

【技术特征摘要】
1.一种工业氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤如下：(1)原料预处理：将浓硫酸与天然鳞片石墨混合后，升温反应，得酸性混合物料；(2)氧化：将酸性混合物料降温后，依次加入高锰酸钾、纯水进行反应，反应完毕，加入双氧水，得氧化石墨溶液；(3)水洗：离心、水洗氧化石墨溶液至中性；(4)超声：将步骤(3)所得溶液配制为悬浮液，超声，冷冻干燥，得氧化石墨烯产品。2.根据权利要求1所述的工业氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的天然鳞片石墨的粒径为200-400目。3.根据权利要求1所述的工业氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的浓硫酸与天然鳞片石墨的质量比为100:1～130:1。4.根据权利要求1所述的工业氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的反应温度为70～85℃，反应时间为1～2小时。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡强，任卫卫，张元元，于玉华，
申请(专利权)人：山东海迈新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37