快速制备膨胀石墨方法、湿法剥离制备石墨烯方法技术

本发明专利技术提供了一种快速制备膨胀石墨的方法和通过湿法剥离制备石墨烯的方法。所述制备膨胀石墨的方法包括步骤：将鳞片石墨和浓硫酸混合均匀，然后加入膨胀剂，再加热以使石墨快速膨胀，得膨胀石墨，其中，鳞片石墨的质量为浓硫酸质量的2～40％，鳞片石墨与膨胀剂的质量比为1：0.5～20。所述制备石墨烯的方法包括步骤：洗涤膨胀石墨，然后加水得膨胀石墨悬浮液；向膨胀石墨悬浮液中加入分散剂，然后进行剥离分散，得石墨烯悬浮液。本发明专利技术的有益效果可包括：制备工艺流程短，生产能耗低，成本低，制备过程中无有害气体产生；所获得的石墨烯结构破坏程度低，结构更为完善，电学性能优异。

Rapid preparation of expanded graphite and wet peeling of graphene

The invention provides a method for rapidly preparing expanded graphite and a method for preparing graphene by wet peeling. The method for preparing expanded graphite comprises the following steps: mixing flake graphite and concentrated sulfuric acid evenly, adding expanding agent, reheating to make graphite expand rapidly, and obtaining expanded graphite, in which the mass of flake graphite is 2-40% of concentrated sulfuric acid mass, and the mass ratio of flake graphite to expanding agent is 1:0.5-20. The method for preparing graphene comprises the following steps: washing expanded graphite, then adding water to obtain expanded graphite suspension; adding dispersant to expanded graphite suspension, and then stripping and dispersing to obtain graphene suspension. The advantages of the present invention include: short preparation process, low production energy consumption, low cost, no harmful gas generated in the preparation process; low degree of structural damage, more perfect structure and excellent electrical performance of the obtained graphene.

【技术实现步骤摘要】
快速制备膨胀石墨方法、湿法剥离制备石墨烯方法
本专利技术涉及石墨烯制备领域，特别地，涉及一种快速制备膨胀石墨方法、以及一种通过快速膨胀和湿法剥离制备石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳材料，因其具有超大比表面积、良好的导电性能、力学性能、热学性能等，在光学材料、能源材料等领域具有广阔的应用前景。常用的石墨烯制备方法是采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，再进一步还原制备还原氧化石墨烯，该方法制备的石墨烯缺陷较多，片径较小，严重破坏石墨烯的机械性能及传导性能。因膨胀石墨可进一步剥离制备石墨烯，近些年来引起学者的广泛关注。采用膨胀石墨剥离制备的石墨烯，缺陷更少，电导率更高，这对于石墨烯的工业化生产更有利。目前，剥离膨胀石墨制备石墨烯主要为石墨氧化插层→可膨胀石墨→膨胀石墨→石墨烯，该过程制备周期长、工艺复杂、能耗大，并存在产生难处理的酸性废液等缺点。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种快速制备膨胀石墨的方法以及制备石墨烯的方法，以缩短生产周期并降低能耗。本专利技术一方面提供了一种通过快速膨胀和湿法剥离制备石墨烯的方法。所述方法可包括以下步骤：将鳞片石墨和浓硫酸混合均匀，然后加入膨胀剂，在20～100℃下使鳞片石墨快速膨胀，得到膨胀石墨，其中，鳞片石墨的质量为浓硫酸质量的2～40％，鳞片石墨与膨胀剂的质量比为1：0.5～20，浓硫酸中H2SO4的质量分数为80％～99％；将膨胀石墨与水混合，得到膨胀石墨悬浮液；向所述膨胀石墨悬浮液中加入分散剂，然后进行剥离分散，得到石墨烯悬浮液。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述鳞片石墨能够通过50目筛，不能通过180目筛，所述鳞片石墨的含碳量为90％以上。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述膨胀剂可包括过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸镁中的至少一种。在本专利技术的一个示例性实施例中，在30～90℃下使鳞片石墨快速膨胀。其中，可通过加热使温度保持在30～90℃，以使鳞片石墨快速膨胀，例如可通过水浴进行加热。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述膨胀石墨的长度可为1.0mm～7.5mm，宽度可不大于1mm，膨胀容积可为100～280ml/g。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述分散剂可包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或氮甲基吡咯烷酮。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述方法还可包括步骤：在所述将膨胀石墨与水混合之前，对膨胀石墨进行洗涤。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述方法还包括步骤：将所述石墨烯悬浮液进行离心提纯，得到精制的石墨烯分散液。本专利技术另一方面也提供了一种快速制备膨胀石墨的方法。所述方法可包括以下步骤：将鳞片石墨和浓硫酸混合均匀，然后加入膨胀剂，在20～100℃下使鳞片石墨快速膨胀，得到膨胀石墨，其中，鳞片石墨的质量为浓硫酸质量的2～40％，鳞片石墨与膨胀剂的质量比为1：0.5～20，浓硫酸中H2SO4的质量分数为80％～99％。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述方法还可包括步骤：洗涤所述膨胀石墨。与现有技术相比，本专利技术的有益效果可包括：膨胀石墨制备过程中无有害气体产生；石墨烯制备工艺的流程短、生产能耗低、制备成本低；工艺过程中可去除原料杂质，反应过程温和，更易于推广应用。所获得的石墨烯结构破坏程度低，结构更为完善，电学性能优异。附图说明通过下面结合附图进行的描述，本专利技术的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：图1示出了示例1制备得到的酸性膨胀石墨的扫描电镜图；图2示出了示例1制备得到的石墨烯分散液的图；图3示出了示例2制备得到的酸性膨胀石墨的扫描电镜图；图4示出了示例2制备得到的石墨烯分散液的图；图5示出了示例3制备得到的酸性膨胀石墨的扫描电镜图；图6示出了示例3制备得到的石墨烯分散液的图。具体实施方式在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本专利技术的快速制备膨胀石墨的方法、以湿法剥离制备石墨烯方法。常用的制备石墨烯的工艺有：石墨被加工为可膨胀石墨，可膨胀石墨经加热膨胀处理后获得膨胀石墨，膨胀石墨经剥离后可得到石墨烯。本专利技术针对该工艺流程存在的周期长、能耗大、释放有毒气体危害环境等问题，提出了一种快速制备膨胀石墨、并结合湿法剥离制备高电导率石墨烯的方法。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述快速制备膨胀石墨的方法可包括以下步骤：将鳞片石墨和浓硫酸混合均匀，然后加入膨胀剂，再加热以使鳞片石墨快速膨胀，得到膨胀石墨。其中，鳞片石墨的质量可为浓硫酸质量的2～40％，鳞片石墨与膨胀剂的质量比可为1：0.5～20，例如1：10，浓硫酸中H2SO4的质量分数可为80％～99％，例如95±3％。在本实施例中，所述鳞片石墨的片径可为-50目～+180目，即能够通过50目筛，不能通过180目筛。鳞片石墨的片径控制在上述范围能够获得较好的膨胀效果，且膨胀后膨胀石墨的膨胀倍数更为均一。其中，若片径过小则不利于石墨插层反应，膨胀效果较差，而且，以粒径小的鳞片石墨制备膨胀石墨、再剥离获得的石墨烯片径更小，这会导致其电导率更低。所述鳞片石墨的含碳量为90％以上，鳞片石墨的含碳量控制在该范围能够获得较好膨胀效果。若鳞片石墨的含碳量低，则杂质含量相对较多，会额外消耗一定量的酸。在本实施例中，所述膨胀剂包括过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸镁中的至少一种。在本实施例中，可通过加热使混合物(即加入膨胀剂之后的混合物)的温度处于20～100℃，以进行膨化反应。进一步地，温度可在30～90℃，再进一步地，可在80℃进行。当温度达30℃时，就可促进膨胀反应进行，温度达80℃可达到反应所需的最佳温度。在本实施例中，所述方法还可包括步骤：洗涤膨胀石墨，以去除膨胀石墨中残余的浓硫酸及膨胀剂，这样可以避免残余的酸降低分散剂对石墨烯的分散效果。其中，洗涤的步骤包括：用水反复洗涤膨胀石墨，例如可洗涤至洗涤液的pH为6～7。在本实施例中，得到的膨胀石墨为蠕虫状的多孔材料，蠕虫长度(即膨胀石墨的长度)可为1.0mm～7.5mm，例如4±0.5mm，宽度可小于1mm，例如0.4±0.2mm。膨胀石墨的膨胀容积100～280ml/g，膨胀石墨的孔径分布范围为3～100μm，膨胀倍数为100～300倍，电阻率为1×10-5～1×10-2Ω·m。本专利技术另一方面也提供了一种通过加热和湿法剥离制备石墨烯的方法。所述制备方法可以以膨胀石墨为原料，例如上一个示例性实施例中制备出的膨胀石墨，所述方法可包括步骤：向膨胀石墨中加水得到膨胀石墨悬浮液，然后进行剥离分散，得到石墨烯悬浮液，进而得到石墨烯。所述制备方法还可将鳞片石墨作为原料，来制备石墨烯。在本专利技术的另一个示例性实施例中，所述制备方法可包括上一个示例性实施例的制备膨胀石墨的步骤，除此之外，还包括步骤：向膨胀石墨中加水得到膨胀石墨悬浮液；向膨胀石墨悬浮液中加入分散剂，然后进行剥离分散，得到石墨烯悬浮液。在本实施例中，本专利技术制备出的膨胀石墨悬浮液的浓度可为0.01～0.3mg/ml；其中，浓度过高或过低都会降低石墨烯的产率。在本实施例中，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或氮甲基吡咯烷酮。在本实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过快速膨胀和湿法剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将鳞片石墨和浓硫酸混合均匀，然后加入膨胀剂，在20～100℃下使鳞片石墨快速膨胀，得到膨胀石墨，其中，鳞片石墨的质量为浓硫酸质量的2～40％，鳞片石墨与膨胀剂的质量比为1：0.5～20，浓硫酸中H2SO4的质量分数为80％～99％；将膨胀石墨与水混合，得到膨胀石墨悬浮液；向所述膨胀石墨悬浮液中加入分散剂，然后进行剥离分散，得到石墨烯悬浮液。

【技术特征摘要】
1.一种通过快速膨胀和湿法剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将鳞片石墨和浓硫酸混合均匀，然后加入膨胀剂，在20～100℃下使鳞片石墨快速膨胀，得到膨胀石墨，其中，鳞片石墨的质量为浓硫酸质量的2～40％，鳞片石墨与膨胀剂的质量比为1：0.5～20，浓硫酸中H2SO4的质量分数为80％～99％；将膨胀石墨与水混合，得到膨胀石墨悬浮液；向所述膨胀石墨悬浮液中加入分散剂，然后进行剥离分散，得到石墨烯悬浮液。2.根据权利要求1所述的通过快速膨胀和湿法剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，所述鳞片石墨能够通过50目筛，不能通过180目筛，所述鳞片石墨的含碳量为90％以上。3.根据权利要求1所述的通过快速膨胀和湿法剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，所述膨胀剂包括过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸镁中的至少一种。4.根据权利要求1所述的通过快速膨胀和湿法剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，在30～90℃下使鳞片石墨快速膨胀。5.根据权利要求1所述的通过快速膨胀和湿法剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，所述得到的膨胀石墨为蠕虫状多孔材料，所述膨...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙红娟，侯波，彭同江，马彩凤，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51