一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法技术

本发明专利技术公开了一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法，包括以下步骤：1)石墨烯生产废水的预处理；2)用高锰酸钾对石墨进行氧化和插层，同时收集生产废液；3)插层石墨的制备、插层石墨微波反应制备石墨烯；4)以步骤2)的生产废液为原料，重复进行步骤1)～3)的操作。本发明专利技术先对石墨烯生产废水进行简单的纯化和浓缩处理，再用它来替代浓硫酸制备石墨烯，不仅解决了石墨烯生产厂家废水处理的问题，而且还实现了废水的重复利用，降低了生产成本，制备得到的石墨烯产量高、质量好，适合大规模推广使用。

A method for preparing graphene from waste water from graphene production

The present invention discloses a method for preparing graphene with graphene production wastewater, including the following steps: 1) the pretreatment of Shi Moxi production wastewater; 2) the oxidation and intercalation of graphite by Potassium Permanganate, and the collection of production waste liquid; 3) the preparation of intercalated graphite, the preparation of graphene by the microwave reaction of the intercalated graphite; and 4) to step 2). Waste liquid was used as raw material, repeated steps 1) to 3. This invention first purify and concentrate the production wastewater of graphene, and use it to replace the concentrated sulfuric acid to prepare graphene, not only solves the problem of the wastewater treatment of the graphene manufacturer, but also realizes the reuse of the waste water, reduces the production cost, the prepared graphene has high production and good quality, and is suitable for the production of graphene. Combined with large-scale popularization and use.

【技术实现步骤摘要】
一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法
本专利技术涉及一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯是一种具有二维蜂窝状结构的碳材料，具有透光性极好(只吸收2.3％的光)、导热系数高(5300W/m·K)、电子迁移率高(常温下大于15000cm2/V·s)、电阻率低(10～6Ω·cm)等优点，且石墨烯还是目前已知的最薄却最坚硬的材料，所以石墨烯在电极、电池、晶体管、传感器、超轻材料、医疗、海水淡化等众多领域具有广阔的应用前景。石墨烯的制备方法有多种，主要包括化学气相沉积法、液相剥离法、机械剥离法、氧化还原法等。化学气相沉积法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本高，且工艺复杂。液相剥离法可以制备高质量石墨烯，但产率很低，限制了它的商业应用。机械剥离法只能生产数量极为有限的石墨烯片，不适合工业化和规模化生产。氧化还原法工艺最简单，可大量制备石墨烯，是目前普遍使用的一种方法。氧化还原法制备石墨烯往往会用到石墨、浓硫酸、高锰酸钾等材料，制备过程中会产生大量的含酸废水，废水中硫酸所占的比重极大，而石墨烯生产企业都是将废水用碱中和后直接排放，这样不仅污染环境，而且需要消耗大量的碱，浪费资源。CN104085861A公开了一种从石墨烯含酸废水中回收硫酸的装置及其对应工艺，通过精馏方式浓缩酸液来提纯回收硫酸，虽然可以回收硫酸，但处理工艺复杂，处理成本较高，且回收的硫酸中杂质多，纯度较低。CN103696015A公开了一种石墨烯生产过程中废硫酸的处理方法，通过废酸水和氧化钙反应来制备硫酸钙晶须，虽然实现了废酸水的再利用，但后处理的步骤繁琐，处理成本较高，且废酸水的重复利用率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法，包括以下步骤：1)对石墨烯生产废水进行纯化或/和浓缩；2)将石墨、高锰酸钾和步骤1)处理过的石墨烯生产废水混合均匀，0～100℃搅拌反应10～240min，加水稀释后继续反应1～15min，过滤，得到滤液和滤饼，用水洗涤滤饼，洗涤液与滤液合并，得到生产废液；3)将步骤2)的滤饼、水和过氧化氢溶液混合搅拌1～15min，得到插层石墨，将插层石墨分离出来后溶于水，再置于微波反应器中，充入保护气，微波反应1～15min，得到石墨烯；4)以步骤2)的生产废液为原料，重复进行步骤1)～3)的操作3～5次。步骤1)所述的石墨烯生产废水为Hummers法或改进Hummers法制备石墨烯的过程中所产生的含酸废水。步骤1)进行纯化的方式为膜分离或离子交换，步骤1)进行浓缩的方式为蒸馏。步骤2)所述的处理过的石墨烯生产废水中硫酸的质量分数为50％～98％。步骤2)所述的石墨、高锰酸钾、处理过的石墨烯生产废水的质量比为1：(0.5～1.5)：(10～50)。步骤3)所述的过氧化氢的添加量为高锰酸钾质量的50％～100％。步骤3)所述的过氧化氢溶液的质量分数为5％～10％。本专利技术的有益效果是：本专利技术先对石墨烯生产废水进行简单的纯化和浓缩处理，再用它来替代浓硫酸制备石墨烯，不仅解决了石墨烯生产厂家废水处理的问题，而且还实现了废水的重复利用，降低了生产成本，制备得到的石墨烯产量高、质量好，适合大规模推广使用。附图说明图1为实施例1的石墨烯的TEM图。具体实施方式一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法，包括以下步骤：1)对石墨烯生产废水进行纯化或/和浓缩；2)将石墨、高锰酸钾和步骤1)处理过的石墨烯生产废水混合均匀，0～100℃搅拌反应10～240min，加水稀释后继续反应1～15min，过滤，得到滤液和滤饼，用水洗涤滤饼，洗涤液与滤液合并，得到生产废液；3)将步骤2)的滤饼、水和过氧化氢溶液混合搅拌1～15min，得到插层石墨，将插层石墨分离出来后溶于水，再置于微波反应器中，充入保护气，微波反应1～15min，得到石墨烯；4)以步骤2)的生产废液为原料，重复进行步骤1)～3)的操作3～5次。优选的，一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法，包括以下步骤：1)对石墨烯生产废水进行纯化或/和浓缩；2)将石墨、高锰酸钾和步骤1)处理过的石墨烯生产废水混合均匀，60～100℃搅拌反应60～180min，加水稀释后继续反应1～5min，过滤，得到滤液和滤饼，用水洗涤滤饼，洗涤液与滤液合并，得到生产废液；3)将步骤2)的滤饼、水和过氧化氢溶液混合搅拌2～10min，得到插层石墨，将插层石墨分离出来后溶于水，再置于微波反应器中，充入保护气，微波反应4～10min，得到石墨烯；4)以步骤2)的生产废液为原料，重复进行步骤1)～3)的操作3～5次。优选的，步骤1)所述的石墨烯生产废水为Hummers法或改进Hummers法制备石墨烯的过程中所产生的含酸废水。优选的，步骤1)进行纯化的方式为膜分离或离子交换，步骤1)进行浓缩的方式为蒸馏。优选的，步骤2)所述的处理过的石墨烯生产废水中硫酸的质量分数为50％～98％。优选的，步骤2)所述的石墨、高锰酸钾、处理过的石墨烯生产废水的质量比为1：(0.5～1.5)：(10～50)。优选的，步骤3)所述的过氧化氢的添加量为高锰酸钾质量的50％～100％。优选的，步骤3)所述的过氧化氢溶液的质量分数为5％～10％。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。实施例1：一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法，包括以下步骤：1)对石墨烯生产废水进行蒸馏至硫酸的质量分数达到70％；2)将5g石墨、4g高锰酸钾和120mL步骤1)处理过的石墨烯生产废水混合均匀，75℃搅拌反应70min，加入250mL去离子水稀释后继续反应2min，过滤，得到滤液和滤饼，滤饼用125mL去离子水洗涤两次，洗涤液与滤液合并，得到生产废液；3)将步骤2)中的滤饼、50mL去离子水和2mL质量分数10％的过氧化氢溶液混合搅拌5min，得到插层石墨，将插层石墨分离出来后溶于20mL去离子水，再置于微波反应器中，充入氮气保护，1000W微波反应5min，得到石墨烯；4)以步骤2)的生产废液为原料，重复进行步骤1)～3)的操作5次，合并得到的石墨烯。经测试，本实施例制备的石墨烯的电导率≥600S/cm，其TEM图如图1所示。注：步骤1)所述的石墨烯生产废水由此而来(模拟改进Hummers法制备石墨烯所产生的含酸废水)：将10g石墨、240mL质量分数70％的硫酸混合均匀，搅拌下缓慢加入8g高锰酸钾，升温至75℃反应70min，再加入500mL去离子水搅拌2min，过滤得到滤液和滤饼，滤饼用500mL去离子水洗剂两次，洗剂后的废水和滤液混合，得到石墨烯生产废水。实施例2：一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法，包括以下步骤：1)对石墨烯生产废水进行膜分离，硫酸的质量分数为50％；2)将5g石墨、7.5g高锰酸钾和200mL步骤1)处理过的石墨烯生产废水混合均匀，95℃搅拌反应180min，加入250mL去离子水稀释后继续反应2min，过滤，得到滤液和滤饼，滤饼用125mL去离子水洗涤两次，洗涤液与滤液合并，得到生产废液；3)将步骤2)中的滤饼、50mL去离子水和7.5mL质量分数5％的过氧化氢溶液混合搅拌5min，得到插层石墨，将插层石墨分离出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)对石墨烯生产废水进行纯化或/和浓缩；2)将石墨、高锰酸钾和步骤1)处理过的石墨烯生产废水混合均匀，0～100℃搅拌反应10～240min，加水稀释后继续反应1～15min，过滤，得到滤液和滤饼，用水洗涤滤饼，洗涤液与滤液合并，得到生产废液；3)将步骤2)的滤饼、水和过氧化氢溶液混合搅拌1～15min，得到插层石墨，将插层石墨分离出来后溶于水，再置于微波反应器中，充入保护气，微波反应1～15min，得到石墨烯；4)以步骤2)的生产废液为原料，重复进行步骤1)～3)的操作3～5次。

【技术特征摘要】
1.一种用石墨烯生产废水制备石墨烯的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)对石墨烯生产废水进行纯化或/和浓缩；2)将石墨、高锰酸钾和步骤1)处理过的石墨烯生产废水混合均匀，0～100℃搅拌反应10～240min，加水稀释后继续反应1～15min，过滤，得到滤液和滤饼，用水洗涤滤饼，洗涤液与滤液合并，得到生产废液；3)将步骤2)的滤饼、水和过氧化氢溶液混合搅拌1～15min，得到插层石墨，将插层石墨分离出来后溶于水，再置于微波反应器中，充入保护气，微波反应1～15min，得到石墨烯；4)以步骤2)的生产废液为原料，重复进行步骤1)～3)的操作3～5次。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述的石墨烯生产废水为Hummers法或改...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁亚涛，陈钢，杨正高，朱红芳，
申请(专利权)人：广东聚石化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44