一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法技术

本发明专利技术提供一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，包括如下步骤，步骤一，以鳞片石墨为原料，加入主插层剂以及辅插层剂进行插层处理，获得石墨插层化合物；主插层剂为甲酸、乙酸、磷酸、浓硝酸、浓硫酸中的至少一种；辅插层剂为过氧化氢水溶液、过甲酸、过乙酸中的至少一种；步骤二，将石墨插层化合物滤除多余的主插层剂以及辅插层剂后，投入冰水中，用筛网过滤洗去细小杂质颗粒和水，得到杂质较少的石墨插层化合物；步骤三，对过滤后的石墨插层化合物加入氧化剂，0‑45℃条件下氧化0.5‑50h，获得PH值为0‑1的可直接水洗的氧化石墨。通过上述方法，可以将原料的体积膨胀到300倍至500倍以上。

Preparation method of washing graphite oxide directly

The invention provides a preparation method of graphite oxide that can be washed directly by water, including the following steps: firstly, using flake graphite as raw material, adding main intercalating agent and auxiliary intercalating agent to intercalate and obtain graphite intercalating compound; the main intercalating agent is at least one of formic acid, acetic acid, phosphoric acid, concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid. Secondly, after the graphite intercalation compound is filtered out of the excess main intercalation agent and the auxiliary intercalation agent, the graphite intercalation compound is put into the ice water, and the fine impurity particles and water are washed out by the screen filtration to get the graphite intercalation compound with less impurity. The filtered graphite intercalation compound was oxidized for 0.5_50h at 0_45 C for 0.5_1 to obtain directly washable graphite oxide with pH value of 0_1. By this method, the volume of raw material can be expanded to 300 times to 500 times.

【技术实现步骤摘要】
一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法
本专利技术涉及石墨制造
，具体涉及氧化石墨的制备方法。
技术介绍
目前制备氧化石墨的方法有Brodie、Staudernmaie、Hummers法。Brodie法、Standenmaier法获得的氧化石墨的氧化程度较低，Hummers法制备氧化石墨氧化度高。这些方法制备的氧化石墨或氧化石墨烯通过抽滤、离心分离或者透析水洗等方式，从而获得pH在4～7之间的氧化石墨烯的水相分散液。综上，现有的氧化石墨的制备方法均无法通过直接洗涤获得中性的氧化石墨，在实际操作中消耗大量人力物力，很难工业规模化，这严重限制氧化石墨的发展。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，以解决上述至少一个技术问题。本专利技术的技术方案是：一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤一，以鳞片石墨为原料，加入主插层剂以及辅插层剂进行插层处理，在0-45℃条件下插层反应0.1-20h，获得石墨插层化合物；所述主插层剂为甲酸、乙酸、磷酸、浓硝酸、浓硫酸中的至少一种；所述辅插层剂为浓度为30％的过氧化氢水溶液、浓度为90％的过甲酸、浓度为50％过乙酸中的至少一种；步骤二，将石墨插层化合物滤除多余的主插层剂以及辅插层剂后，投入冰水中，用筛网过滤洗去细小杂质颗粒和水，得到杂质较少的石墨插层化合物；步骤三，对过滤后的石墨插层化合物加入氧化剂，转速为200-500rpm状态下搅拌，0-45℃条件下氧化0.5-50h，获得PH值为0-1的可直接水洗的氧化石墨；所述的氧化剂为高锰酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐、重铬酸盐、高铁酸盐、次氯酸盐、次碘酸盐、亚氯酸盐中的至少一种。通过上述方法，可以将原料的体积膨胀到300倍至500倍以上。制备的氧化石墨具有三维层状结构，干燥后的固体/薄膜可以再次快速溶解至水中，方便使用，便于直接水洗到中性，保证氧化石墨整体结构的完整性。所述鳞片石墨纯度为95％，片径为1μm-0.5mm。步骤二中，通过布氏漏斗过滤多余的主插层剂以及辅插层剂；所述布氏漏斗为陶瓷材质；所述筛网为30-200目。便于布式漏斗实现防腐性能。作为一种优选方案，步骤一中，插层反应的温度为35℃，时间为0.5-0.6h，获得石墨插层化合物；所述主插层剂为浓硝酸、浓硫酸，所述辅插层剂为浓度为30％的过氧化氢水溶液；所述主插层剂与辅插层剂的质量比为4；1；步骤三种，条件下氧化反应的时间为0.5-0.6h，氧化反应的温度为35℃；所述的氧化剂为高锰酸盐。经试验，在上述步骤，制备出的氧化石墨的膨胀系数最佳，大于500倍以上，且氧化石墨的完整率高。且耗时较短。步骤三之后，将PH为0-1的氧化石墨置入洗涤机构，洗涤至中性，进而获得中性的氧化石墨；所述洗涤装置包括一用于存储氧化石墨的储料罐，所述储料罐的上端开设有用于氧化石墨导入的进料口，所述储料罐的下端设有一排料口，所述储料罐还安装有伸入所述储料罐内的进水管；还包括一排水管，所述排水管的上端与一抽水泵的进口相互导通；所述排水管是一可伸缩式排水管，所述排水管包括一上下设置的上中空管以及下中空管，所述上中空管与所述下中空管滑动连接，所述上中空管固定在所述储料罐的外围，所述下中空管的下端设置在所述储料罐内部；所述下中空管包括一引流方向为U形的U形引流部以及引流方向为竖直方向的竖直引流部，以所述U形引流部的一端开口为开口朝上的引流口，所述U形引流部的另一端开口与所述竖直引流部的下端开口导通并相连；所述竖直引流部与所述U形引流部的连接处的外围安装有一用于漂浮在液面上的漂浮件；所述储料罐内还设有用于检测液面高度的液位传感器。本专利通过优化传统的洗涤装置，物料的运动模式仅为沉降，减少了物料的运动幅度，避免了物料运动幅度过大导致破损的概率，保证了物料的完整度。通过优化排水管的结构，便于实现对清洗处理后的氧化石墨的清洗水，进行排出，通过漂浮件以及排水管的结构的优化，便于实现对上层溶液的抽出，通过液位传感器，便于实时监测所处的高度，进而控制抽水泵的工作。一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，还包括一搅拌机构，所述搅拌机构包括一搅拌轴，所述搅拌轴的下端安装有搅拌桨，且所述搅拌轴的下端伸入所述储料罐的内部；所述搅拌桨的桨叶呈哑铃状、锚状、长方棒条状或者圆棒状中的任意一种；所述搅拌桨的桨叶的材料为特氟龙或者陶瓷材料。本专利通过增设有一搅拌机构，便于通过控制搅拌速率以及搅拌时间获得不同片径的氧化石墨烯。当控制搅拌速率在5-10rpm进行搅拌30分钟后，获得片径为100微米-200微米的大片氧化石墨烯；然后，控制搅拌速率在10-100rpm进行搅拌30分钟后，获得片径为50微米-100微米的中片氧化石墨烯；然后，控制搅拌速率超过100rpm，获得片径为50微米以下的小片氧化石墨烯。通过优化搅拌桨的桨叶材料选取，保证耐酸碱腐蚀性。通过优化搅拌桨的桨叶的结构，减少桨叶造成氧化石墨的尖端划痕。所述储料罐的外围设置有一夹套，所述夹套上开设有用于导入冰水的进水口以及用于导出液体的出水口；所述储料罐上插设有一温度计。便于实现对储料罐内温度的检测控温。所述进水管紧贴所述储料罐的内壁，所述进水管的下端设有一导流方向为横向且朝向所述储料罐中央的出料端。本专利通过进水管的出料端的结构优化，便于进水时可以将氧化石墨冲起，提高清洗效果。所述储料罐内安装有一超声波发射头。便于通过超声波的作用，实现将中片氧化石墨烯变成小片氧化石墨烯。所述超声波发射头安装在搅拌桨的桨叶的内部，所述搅拌轴上设有超声波发射头的供电线穿过的通孔，搅拌轴上套设有一中心轴滑环，供电线通过中心轴滑环与供电系统相连。便于通过超声波发射头发射出的超声波，实现物料的震荡，进而实现中片至小片的转化。所述储料罐是玻璃或者聚四氟乙烯制成。便于保证整体耐腐蚀性。所述储料罐内设有一弯曲的隔板，弯曲的隔板将所述储料罐的内腔分隔成洗涤腔以及测试腔，所述隔板上开设有透水孔，所述隔板的两侧面覆盖有纱布制成的外包层，所述搅拌轴、进水管、排水管伸入洗涤腔内，所述温度计以及所述液位传感器设置在测试腔内；所述测试腔的容积是所述洗涤腔的容积的1/10-1/6。通过分腔室设置，防止温度计以及液位传感器对搅拌装置以及物料的干扰。附图说明图1为本专利技术步骤三获得的产物在显微镜下的示意图；图2为本专利技术步骤三获得的产物的氧化石墨拉曼光谱图；图3为本专利技术的洗涤机构的一种部分结构示意图；图4为本专利技术洗涤机构的储料罐的径向剖视图；图5为本专利技术大片氧化石墨烯在光学显微镜下的示意图；图6为本专利技术中片氧化石墨烯在光学显微镜下的示意图；图7为本专利技术小片氧化石墨烯在原子力显微镜下的示意图。图中：1为进水管，2为温度计，3为搅拌机构，4为漂浮件，5为下中空管，6为上中空管，7为储料罐，8为隔板，9为外包层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。参见图1、图2，一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，包括如下步骤，步骤一，以鳞片石墨为原料，加入主插层剂以及辅插层剂进行插层处理，在0-45℃条件下插层反应0.1-20h，获得石墨插层化合物；主插层剂为甲酸、乙酸、磷酸、浓硝酸、浓硫酸中的至少一种；辅插层剂为浓度为30％的过氧化氢水溶液、浓度为90％的过甲酸、浓度为50％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤一，以鳞片石墨为原料，加入主插层剂以及辅插层剂进行插层处理，在0‑45℃条件下插层反应0.1‑20h，获得石墨插层化合物；所述主插层剂为甲酸、乙酸、磷酸、浓硝酸、浓硫酸中的至少一种；所述辅插层剂为浓度为30％的过氧化氢水溶液、浓度为90％的过甲酸、浓度为50％过乙酸中的至少一种；步骤二，将石墨插层化合物滤除多余的主插层剂以及辅插层剂后，投入冰水中，用筛网过滤洗去细小杂质颗粒和水，得到杂质较少的石墨插层化合物；步骤三，对过滤后的石墨插层化合物加入氧化剂，转速为200‑500rpm状态下搅拌，0‑45℃条件下氧化0.5‑50h，获得PH值为0‑1的可直接水洗的氧化石墨；所述的氧化剂为高锰酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐、重铬酸盐、高铁酸盐、次氯酸盐、次碘酸盐、亚氯酸盐中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤一，以鳞片石墨为原料，加入主插层剂以及辅插层剂进行插层处理，在0-45℃条件下插层反应0.1-20h，获得石墨插层化合物；所述主插层剂为甲酸、乙酸、磷酸、浓硝酸、浓硫酸中的至少一种；所述辅插层剂为浓度为30％的过氧化氢水溶液、浓度为90％的过甲酸、浓度为50％过乙酸中的至少一种；步骤二，将石墨插层化合物滤除多余的主插层剂以及辅插层剂后，投入冰水中，用筛网过滤洗去细小杂质颗粒和水，得到杂质较少的石墨插层化合物；步骤三，对过滤后的石墨插层化合物加入氧化剂，转速为200-500rpm状态下搅拌，0-45℃条件下氧化0.5-50h，获得PH值为0-1的可直接水洗的氧化石墨；所述的氧化剂为高锰酸盐、高氯酸盐、高溴酸盐、重铬酸盐、高铁酸盐、次氯酸盐、次碘酸盐、亚氯酸盐中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，其特征在于：步骤一中，插层反应的温度为35℃，时间为0.5-0.6h，获得石墨插层化合物；所述主插层剂为浓硝酸、浓硫酸，所述辅插层剂为浓度为30％的过氧化氢水溶液；所述主插层剂与辅插层剂的质量比为4；1；步骤三种，条件下氧化反应的时间为0.5-0.6h，氧化反应的温度为35℃；所述的氧化剂为高锰酸盐。3.根据权利要求1所述的一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，其特征在于：所述鳞片石墨纯度为95％，片径为1μm-0.5mm。4.根据权利要求1所述的一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，其特征在于：步骤二中，通过布氏漏斗过滤多余的主插层剂以及辅插层剂；所述布氏漏斗为陶瓷材质；所述筛网为30-200目。5.根据权利要求1所述的一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，其特征在于：PH值为0-1的可直接水洗的氧化石墨通过拉曼光谱进行测试后，(D+D’)/G’的强度比为0.6-0.68；D+D’为拉曼光谱中D峰与D’峰的复合峰的强度,G’为拉曼光谱中D’峰强度。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种可直接水洗涤氧化石墨的制备方法，其特征在于：步骤三之后，将PH为0-1的氧化石墨置入...

【专利技术属性】
技术研发人员：武桐，段亚强，张燕萍，赵志国，
申请(专利权)人：上海利物盛企业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31