一种制备废弃物山竹壳石墨烯的方法技术

本发明专利技术公开了山竹壳为原料制备石墨烯的一种方法，先将干燥好的山竹壳粉碎；山竹壳粉末N2气氛下，置于管式炉中；升温到500～800℃，保温1～2小时；继续升温到800～1000℃，保温1～2小时，缓慢降至25～35℃，获得山竹壳碳化产物；将所得山竹壳碳化产物与硝酸铝﹑硝酸锌﹑氯化锌和氢氧化钾单独或混合使用，在N2气氛条件下，置于管式炉中；升温到800℃，保温1～2小时；继续升温到850～1200℃，保温0.5～2小时，缓慢降至室温；本发明专利技术制备的石墨烯，拉曼图谱中D，G和2D各峰为单峰，IG/I2D为1.54～2.18；本发明专利技术方法简单，利用废弃物山竹壳成本低廉，安全环保；尤其是避免了用石墨粉氧化还原的方法中大量使用浓硫酸，造成对环境的污染；本发明专利技术可实现连续工业化生产。

A method for preparing graphene mangosteen shell waste

The invention discloses a method of mangosteen shell as raw material preparation of graphene, the dried mangosteen shell crushing; mangosteen shell powder under N2 atmosphere in a tube furnace; heating to 500~800 DEG C, holding 1~2 hours; continue to heat up to 800~1000 degrees Celsius, heat for 1~2 hours, slow to 25~35 degrees. Get mangosteen shell carbonized products; the mangosteen shell carbonized products and aluminum nitrate, zinc nitrate, potassium hydroxide and zinc chloride alone or mixed with N2, in the atmosphere, in the tube furnace; heating to 800 DEG C, holding 1~2 hours; continue to heat up to 850~1200 degrees Celsius, holding for 0.5 ~ 2 hours, slowly to room temperature; graphene prepared by the invention, the Raman spectra of D, G and 2D of each peak single peak, IG/I2D from 1.54 to 2.18; the method of the invention is simple, the use of waste mangosteen shell has the advantages of low cost, safety and environmental protection; especially It avoids the use of concentrated sulfuric acid in the method of oxidizing and redox with graphite powder, causing pollution to the environment; the invention can realize continuous industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种制备废弃物山竹壳石墨烯的方法
本专利技术涉及生物质石墨烯，特别是涉及一种废弃物山竹壳为原料制备石墨烯的方法，属于生物质石墨烯制备领域。
技术介绍
山竹是一种来自南亚的热带水果，山竹壳约占果实的三分之二重，山竹壳主要成分是纤维素、半纤维素、木质素和果胶等，食用时人们通常将壳体作为废弃物丢弃，既造成资源浪费，又造成环境压力，合理利用山竹壳很有必要。现有技术中常常将废弃山竹壳为原料制备山竹炭，但该方法存在生产效率低，产量低，加工过程存在环境污染，产品附加值低的状况，始终未能得到广泛的推广。因此，专利技术一种新的生产方法，将废弃物山竹壳炭制备成一种具备高附加值且性能优越的制品，对于合理利用山竹废弃物具有十分重要的意义。现有技术中制备石墨烯的方法很多，主要以机械剥离、气相沉积法和Hummers法等。其中，用石墨粉为原料制备的石墨烯使用Hummers法或Hummers改良法，产生大量的酸性废水对环境造成巨大的污染，如果采用传统的废水处理方法处理生产过程中产生的废水必然会消耗巨大的人力和财力成本，使得石墨烯的价格居高不下，严重阻碍了石墨烯的大规模应用和推广。废弃物山竹壳炭材料作为一种绿色环保、成本低廉且可持续发展的新能源，具有无污染、来源广等优点，为大规模生产石墨烯提供了可能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种废弃物山竹壳石墨烯制备方法，成本低，安全环保，克服现有技术存在的问题，利用废弃生物质废弃物山竹壳，生产工艺过程避免使用大量的浓硫酸，所得生物质石墨烯为多层石墨烯。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种利用废弃物山竹壳为原料制备石墨烯材料的方法，包括如下步骤：1)将干燥的废弃物山竹壳粉碎，制得废弃物山竹壳粉末；2)将步骤1)所得废弃物山竹壳粉末，在N2气氛条件下，置于管式炉中；升温到500-800℃，保温1～2小时；继续升温到800～1000℃，保温0.5～2小时，缓慢降至25～35℃，获得废弃物山竹壳预碳化产物；3)将步骤2)所得废弃物山竹壳预碳化产物与硝酸锌﹑硝酸铝﹑氯化锌和氢氧化钾中的一种或多种混和溶解，废弃物山竹壳预碳化产物与硝酸锌﹑氯化锌和氢氧化钾重量比1：1～4，干燥后在N2气氛条件下，置于管式炉中；升温到500～800℃，保温1～2小时；继续升温到900～1200℃，保温0.5～2小时，缓慢降至室温，获得废弃物山竹壳生物质石墨烯。为进一步实现本专利技术目的，优选的，所述步骤3)500-800℃升温过程中，升温速率为0.5～2.0℃/min。优选的，所述步骤3)900～1000℃升温过程中，升温速率为3.0～5.0℃/min。优选的，步骤2)和步骤3)的降温过程中，降温速率为3～5℃/min。优选的，所述废弃物山竹壳在粉碎前，在95～120℃条件下烘烤12-24小时；粉碎后用50～100目筛筛选。优选的，上述利用废弃物山竹壳为原料制备石墨烯材料的方法还包括如下的步骤：用去离子水作为洗脱剂，清洗废弃物山竹壳生物质石墨烯至中性，再无水乙醇洗涤多次，95-120℃烘干制得废弃物山竹壳生物质石墨烯。本专利技术制得的废弃物山竹壳生物质石墨烯的比表面积为1859～2925m2/g；拉曼光谱的D﹑G和2D峰成单峰；且IG/I2D为1.54～2.18；PXRD图谱002和100峰清晰可辩。与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点：本专利技术方法采用废弃物山竹壳作为原料，成本低且原料普遍，同时解决了废弃物山竹作为垃圾处理浪费资源的问题。在制备方法中，避免了使用Hummers法或Hummers改良法中常用的浓硫酸，减少了废水排放，不污染环境﹑在工业化生产条件下没有爆炸危险，且生产成本低；本专利技术制备的废弃物山竹壳生物质石墨烯，IG/I2D为1.54～2.18，而且2D成单峰，表明废弃物山竹壳生物质石墨烯为多层石墨烯；在工业化生产条件下提高生物质石墨烯品质，为下游产品如超级电容﹑导电碳浆料﹑石墨烯电池﹑轻质防弹衣等提供质量保证；本专利技术制备的废弃物山竹壳生物质石墨烯，比表面积1859～2925m2/g，与理论预测的石墨烯比表面积2620m2/g接近，说明本专利技术制得的废弃物山竹壳生物质石墨烯，具备良好的质量，可以作为电子行业中高附加值的电子材料。本专利技术获得的废弃物山竹壳生物质石墨烯可用于导电碳浆、超级电容器、锂离子电池的电极材料，也可以添加到树脂、橡胶中，增强树脂、橡胶等的物理性质。本专利技术生产工艺简单，成本低廉，安全环保，可以实现连续工业化生产，具有广阔的市场应用前景。附图说明图1为实施例1所得废弃物山竹壳生物质石墨烯的拉曼图谱。具体实施方式为更好地理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限如此。实施例1一种利用废弃物山竹壳为原料制备石墨烯材料的方法，包括如下步骤：废弃物山竹壳洗净，120℃烘干过夜，粉碎过50目筛，获得废弃物山竹壳粉末；在N2气氛条件下，将废弃物山竹壳粉末置于管式炉中；控制升温速度为1.0℃/分钟到600℃，保温2小时；继续升温，控制升温速度为5.0℃/分钟，升温到800℃，保温1小时，降温速度控制为5℃/分钟，慢慢降温到室温，获得废弃物山竹壳预碳化产物；称取2克废弃物山竹壳预碳化产物和2克氢氧化钾和1克硝酸锌混合，然后加入去离子水1mL溶解，搅拌，90℃干燥，除掉水，剩余物在N2气氛条件下，将其置于管式炉中；控制升温速度为1.0℃/分钟，升温到800℃，保温2小时；继续升温，控制升温速度为3.0℃/分钟，升温到1100℃保温0.5小时，降温到室温，降温速度控制为5℃/分钟，室温取出样品，用稀盐酸洗，去离子水作为洗涤液，直到清洗液为中性，用无水乙醇洗涤3次，在60℃烘干；制得废弃物山竹壳生物质石墨烯。经测试，所得产物比表面积为：1887m2/g；拉曼图谱见附图如图1所示，仪器名称：显微拉曼光谱仪，型号：LabRAMAramis生产厂家：法国H.J.Y公司，图1是本实施例产品的拉曼图谱，D，G和2D均为单峰，符合石墨烯拉曼图谱的的表征。拉曼图谱表明，IG/I2D为2.18。从图1可见，本实施例中，图1中，2D峰为单峰，废弃物山竹壳为多层石墨烯，相对于用石墨粉为原料制备的石墨烯，生产工艺简单，安全环保；在应用上可保证了下游产品的质量。实施例2一种利用废弃物山竹壳为原料制备石墨烯材料的方法，包括如下步骤：废弃物山竹壳洗净，110℃烘干过夜，粉碎过100目筛，获得废弃物山竹壳粉末；在N2气氛条件下，将废弃物山竹壳粉末置于管式炉中；控制升温速度为0.5℃/分钟，升温到700℃，保温2小时；继续升温，控制升温速度为5.0℃/分钟，升温到1000℃，保温1小时，慢慢降温到室温，降温速度控制为5℃/分钟，获得废弃物山竹壳预碳化产物；称取2克废弃物山竹壳预碳化产物和4克氢氧化钾和2克硝酸锌混合，然后加入去离子水2mL溶解；搅拌，850℃干燥，除掉水，剩余物在N2气氛条件下，将其置于管式炉中，控制升温速度为0.5℃/分钟，升温到800℃，保温1小时；继续升温，控制升温速度为3.0℃/分钟，升温到1200℃，保温1小时，慢慢降温到室温，降温速度控制为5℃/分钟，室温取出样品，用稀盐酸和去离子水作为洗脱剂，直到清洗液为中性，用无水乙醇洗涤3次，在60℃烘干。经测试，所得产物比表面积为：2070m2/g，用显微拉曼光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用废弃物山竹壳为原料制备石墨烯材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将干燥的废弃物山竹壳粉碎，制得废弃物山竹壳粉末；2)将步骤1)所得废弃物山竹壳粉末，在N2气氛条件下，置于管式炉中；升温到500‑800℃，保温1～2小时；继续升温到800～1000℃，保温0.5～2小时，缓慢降至25～35℃，获得废弃物山竹壳预碳化产物；3)将步骤2)所得废弃物山竹壳预碳化产物与硝酸锌﹑硝酸铝﹑氯化锌和氢氧化钾中的一种或多种混和溶解，废弃物山竹壳预碳化产物与硝酸锌﹑氯化锌和氢氧化钾重量比1：1～4，干燥后在N2气氛条件下，置于管式炉中；升温到500～800℃，保温1～2小时；继续升温到900～1200℃，保温0.5～2小时，缓慢降至室温，获得废弃物山竹壳生物质石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃物山竹壳为原料制备石墨烯材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将干燥的废弃物山竹壳粉碎，制得废弃物山竹壳粉末；2)将步骤1)所得废弃物山竹壳粉末，在N2气氛条件下，置于管式炉中；升温到500-800℃，保温1～2小时；继续升温到800～1000℃，保温0.5～2小时，缓慢降至25～35℃，获得废弃物山竹壳预碳化产物；3)将步骤2)所得废弃物山竹壳预碳化产物与硝酸锌﹑硝酸铝﹑氯化锌和氢氧化钾中的一种或多种混和溶解，废弃物山竹壳预碳化产物与硝酸锌﹑氯化锌和氢氧化钾重量比1：1～4，干燥后在N2气氛条件下，置于管式炉中；升温到500～800℃，保温1～2小时；继续升温到900～1200℃，保温0.5～2小时，缓慢降至室温，获得废弃物山竹壳生物质石墨烯。2.根据权利要求1所述的利用废弃物山竹壳为原料制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述步骤3)的500-800℃升温过...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾功昶，曾和平，
申请(专利权)人：曾功昶，
类型：发明
国别省市：广东,44