一种单层氧化石墨烯水溶液的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种单层氧化石墨烯水溶液的制备方法，采用超细10000目片层石墨制备单层氧化石墨烯水溶液，产率达到95％以上，而文献上制备氧化石墨烯产率小于70％；文献上原有方法在步骤(5)完成后，氧化石墨水溶液用80Hz超声波超声分散，需要时间6h以上，而且分散效果不好，导致多层石墨的存在，而本方法利用超声波细胞粉碎机进行超声破碎5分钟，大大缩短了单层氧化石墨烯水溶液的制备时间；单层石墨烯片层的氧化程度高，水溶液放置两年无沉淀；本发明专利技术的方法可扩大生产，得到的单层氧化石墨烯水溶液可以利用电化学法将单层氧化石墨烯沉积到金属表面。

A Method for Preparing Monolayer Graphene Oxide Aqueous Solution

【技术实现步骤摘要】
一种单层氧化石墨烯水溶液的制备方法
本专利技术属于石墨烯
，具体涉及一种单层氧化石墨烯水溶液的制备方法。
技术介绍
氧化石墨烯在保留石墨烯优良特性的同时，表面含有大量的含氧官能团如羧基、羟基、环氧基等，使其具有良好的亲水特性，可以在中性或者弱碱性水溶液中均匀分散。氧化石墨烯表面丰富的官能团有助于对其进行有机功能化改性，可以将长链脂肪烃、亲水性分子、聚合物、过渡金属离子等镶嵌在氧化石墨烯表面。表面改性处理可以减弱氧化石墨烯薄片间的范德华力，一定程度上抑制团聚现象的发生，还可以增强其复合性能。为获得具有光、电及生物医药等特殊功能的石墨烯复合材料奠定了坚实的基础。另外，将石墨转变为氧化石墨是大规模生产石墨烯的战略基点。制备氧化石墨烯的方法主要有Brodie法，Staudenmaier法及Hummers法。这些方法通常由如下几步组成：(1)在低温下使用浓硫酸，浓硝酸等对石墨进行插层处理，得到石墨层间化合物；(2)引入强氧化剂对石墨层间化合物进行氧化；(3)经洗涤干燥后得到氧化石墨。相比其他方法而言，Hummers法比较安全。用Hummers法制备氧化石墨烯，生产周期短，合成产量高。Hummers法是在冰浴处理的浓硫酸中依次加入石墨粉、无水硝酸钠，强力搅拌，并在搅拌过程中缓慢加入高锰酸钾，以避免反应体系的温度超过20℃；随后移去冰浴，35℃水浴处理30min后，加入蒸馏水；后移至90℃水浴处理15min，再次加入一定量的蒸馏水；最后向反应体系中加入适量体积分数为30％的H2O2，直至悬浮液变为亮黄色。然后经过滤、充分洗涤、真空干燥，即可制备出氧化石墨。上述实验过程中存在问题是：当氧化程度高时，由于氧化石墨带有大量的羟基、羧基或者环氧基，随过滤的进行，片层间由于氢键相互作用，导致片层结合紧密，把滤纸孔隙堵塞，过滤时间很长，或者是无法通过过滤进行分离提纯。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单层氧化石墨烯水溶液的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单层氧化石墨烯水溶液的制备方法，包括以下步骤：(1)冰浴条件下将鳞片石墨2-200g和46-4600ml浓硫酸先后加入烧瓶，然后加入1-100gNaNO3，半小时后开始缓慢分数次加入6-600g高锰酸钾，控制温度不超过10-15℃，加料时间控制在2-3小时，加完后再反应半小时；(2)在36-50℃水浴中反应0.5-1.5小时，溶液变为粘稠墨绿色；(3)反应结束后缓慢加入0.1-10L水，在92-98℃水浴中反应半小时，此时溶液变为棕黄色，再加入温水稀释到0.195～27.2L；(4)向体系中加入5-1000ml双氧水，在80℃反应半小时，溶液为金黄色；(5)向体系中加入5％HCl0.2-60L，趁热4000-8000r/min离心，去掉上层清液，然后用水离心洗四遍，去掉体系中杂质盐；(6)洗完配成溶液1.0-50L，用超声波细胞粉碎机在功率80Hz进行超声破碎5-10分钟；(7)最后，用离心机在6000-8000r/min离心5-10min取上层清液，除去杂质沉淀，得到单层氧化石墨烯水溶液。具体的，所述步骤1)中鳞片石墨为10000目或325目。具体的，所述制得的单层氧化石墨烯水溶液能通过电化学法将单层氧化石墨烯沉积到铝合金表面。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用超细10000目片层石墨制备单层氧化石墨烯水溶液，产率达到95％以上，而文献上制备氧化石墨烯产率小于70％；文献上原有方法在步骤(5)完成后，氧化石墨水溶液用80Hz超声波超声分散，需要时间6h以上，而且分散效果不好，导致多层石墨的存在，而本方法利用超声波细胞粉碎机进行超声破碎5分钟，大大缩短了单层氧化石墨烯水溶液的制备时间；单层石墨烯片层的氧化程度高，水溶液放置两年无沉淀；本专利技术的方法可扩大生产，得到的单层氧化石墨烯水溶液可以利用电化学法将单层氧化石墨烯沉积到金属表面。附图说明图1是本专利技术实施例4制备的氧化石墨烯(GO)与石墨(GN)的红外光谱图。图2是本专利技术实施例4制备的氧化石墨烯的TG分析谱图。图3是本专利技术实施例4制备的氧化石墨烯的DSC分析图。图4是本专利技术实施例4制备的氧化石墨烯的透射电镜图。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案做进一步描述，但是本专利技术的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本专利技术构思的改变或等同替代均包括在本专利技术的保护范围之内。实施例1(1)冰浴条件下将10000目或325目的鳞片石墨2g和46ml浓硫酸先后加入烧瓶，然后加入1gNaNO3，半小时后开始缓慢分数次加入6g高锰酸钾，控制温度不超过10℃，加料时间控制在2小时，加完后再反应半小时；(2)在36℃水浴中反应0.5小时，溶液变为粘稠墨绿色；(3)反应结束后缓慢加入0.1L水，在92℃水浴中反应半小时，此时溶液变为棕黄色，再加入温水稀释到0.195L；(4)向体系中加入5ml双氧水，在80℃反应半小时，溶液为金黄色；(5)向体系中加入5％HCl0.2L，趁热4000r/min离心，去掉上层清液，然后用水离心洗四遍，去掉体系中杂质盐；(6)洗完配成溶液1.0L，用超声波细胞粉碎机在功率80Hz进行超声破碎5分钟；(7)最后，用离心机在6000r/min离心5min取上层清液，除去杂质沉淀，得到单层氧化石墨烯水溶液，产率为96.2％。制得的单层氧化石墨烯水溶液能通过电化学法将单层氧化石墨烯沉积到铝合金表面。实施例2(1)冰浴条件下将10000目或325目的鳞片石墨200g和4600ml浓硫酸先后加入烧瓶，然后加入100gNaNO3，半小时后开始缓慢分数次加入600g高锰酸钾，控制温度不超过15℃，加料时间控制在3小时，加完后再反应半小时；(2)在50℃水浴中反应1.5小时，溶液变为粘稠墨绿色；(3)反应结束后缓慢加入10L水，在98℃水浴中反应半小时，此时溶液变为棕黄色，再加入温水稀释到27.2L；(4)向体系中加入1000ml双氧水，在80℃反应半小时，溶液为金黄色；(5)向体系中加入5％HCl60L，趁热8000r/min离心，去掉上层清液，然后用水离心洗四遍，去掉体系中杂质盐；(6)洗完配成溶液50L，用超声波细胞粉碎机在功率80Hz进行超声破碎10分钟；(7)最后，用离心机在8000r/min离心10min取上层清液，除去杂质沉淀，得到单层氧化石墨烯水溶液，产率为95.8％。制得的单层氧化石墨烯水溶液能通过电化学法将单层氧化石墨烯沉积到铝合金表面。实施例3(1)冰浴条件下将10000目或325目的鳞片石墨80g和2000ml浓硫酸先后加入烧瓶，然后加入30gNaNO3，半小时后开始缓慢分数次加入450g高锰酸钾，控制温度不超过14℃，加料时间控制在2.5小时，加完后再反应半小时；(2)在45℃水浴中反应0.8小时，溶液变为粘稠墨绿色；(3)反应结束后缓慢加入8L水，在95℃水浴中反应半小时，此时溶液变为棕黄色，再加入温水稀释到22.8L；(4)向体系中加入750ml双氧水，在80℃反应半小时，溶液为金黄色；(5)向体系中加入5％HCl40L，趁热6000r/min离心，去掉上层清液，然后用水离心洗四遍，去掉体系中杂质盐；(6)洗完配成溶液30L，用超声波细胞粉碎机在功率80本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单层氧化石墨烯水溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)冰浴条件下将鳞片石墨2‑200g和46‑4600ml浓硫酸先后加入烧瓶，然后加入1‑100g NaNO3，半小时后开始缓慢分数次加入6‑600g高锰酸钾，控制温度不超过10‑15℃，加料时间控制在2‑3小时，加完后再反应半小时；(2)在36‑50℃水浴中反应0.5‑1.5小时，溶液变为粘稠墨绿色；(3)反应结束后缓慢加入0.1‑10L水，在92‑98℃水浴中反应半小时，此时溶液变为棕黄色，再加入温水稀释到0.195～27.2L；(4)向体系中加入5‑1000ml双氧水，在80℃反应半小时，溶液为金黄色；(5)向体系中加入5％HCl0.2‑60L，趁热4000‑8000r/min离心，去掉上层清液，然后用水离心洗四遍，去掉体系中杂质盐；(6)洗完配成溶液1.0‑50L，用超声波细胞粉碎机在功率80Hz进行超声破碎5‑10分钟；(7)最后，用离心机在6000‑8000r/min离心5‑10min取上层清液，除去杂质沉淀，得到单层氧化石墨烯水溶液。

【技术特征摘要】
1.一种单层氧化石墨烯水溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)冰浴条件下将鳞片石墨2-200g和46-4600ml浓硫酸先后加入烧瓶，然后加入1-100gNaNO3，半小时后开始缓慢分数次加入6-600g高锰酸钾，控制温度不超过10-15℃，加料时间控制在2-3小时，加完后再反应半小时；(2)在36-50℃水浴中反应0.5-1.5小时，溶液变为粘稠墨绿色；(3)反应结束后缓慢加入0.1-10L水，在92-98℃水浴中反应半小时，此时溶液变为棕黄色，再加入温水稀释到0.195～27.2L；(4)向体系中加入5-1000ml双氧水，在80℃反应半小时，溶液为金黄色；(5)向体系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茂峰，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：发明
国别省市：山东,37