氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺制造技术

本发明专利技术属于石墨烯技术领域，具体的涉及一种氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺。将氧化石墨烯溶液升温至60‑90℃；缓慢加入水合肼，75‑85℃下水浴回流反应12小时；反应完毕后加入水进行离心分离清洗至中性后干燥，即得到还原石墨烯粉末。本发明专利技术所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，以氧化石墨烯溶液为原料，以水合肼为还原剂，严格控制水合肼的用量、反应时间和反应温度，制备出高纯度的还原石墨烯粉末。本发明专利技术所述的制备工艺简便可行，工艺流程少，产率高，适合大规模工业化生产，制备的石墨烯分散性好，堆叠程度低，不易团聚。

Preparation of graphene powder by oxidation-reduction method

【技术实现步骤摘要】
氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺
本专利技术属于石墨烯
，具体的涉及一种氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺。
技术介绍
石墨烯，它是碳原子以sp2杂化连接的单原子厚度的二维原子晶体。这种特殊结构使石墨烯表现出许多优异性质，例如超高比表面积，超高的电学特性，超高的电子传输能力和超强的力学性能等，是一种前沿新材料，在许多科学领域产生深远的影响。现有技术中，由氧化石墨烯制备还原石墨烯粉末，主要是采用氢氧化钠为溶剂来还原氧化石墨烯，氢氧化钠为强碱溶液，具有强烈腐蚀性，且还原效果差，工艺复杂，制备的环氧石墨烯的量少，无法实现工业化生产。专利CN105047255A一种含高分散石墨烯的晶硅太阳能电池铝浆及其制备方法中指出通过将玻璃粉和石墨烯混合球磨使玻璃粉吸附在石墨烯的表面，阻止石墨烯的聚集，更好的保持石墨烯的共轭结构，保证铝背场优越的导电性能。上述专利中公开的方法是在石墨烯应用过程中解决二次团聚问题，并非从石墨烯原料上进行技术改进。因此，亟需探索一种新型的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺。该制备工艺简便可行，工艺流程少，产率高，适合大规模工业化生产，制备的石墨烯分散性好，堆叠程度低，不易团聚。本专利技术所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯溶液升温至60-90℃；(2)缓慢加入水合肼，75-85℃下水浴回流反应12小时；(3)反应完毕后加入水进行离心分离清洗至中性后干燥，即得到还原石墨烯粉末。其中：步骤(1)中将氧化石墨烯溶液升温至80℃。氧化石墨烯溶液与水合肼的体积比为1:15-30。步骤(2)中所述水浴回流温度为80℃。步骤(2)中所述的缓慢加入水合肼，具体是水合肼以0.06-0.08毫升/秒的速度加入，加料时间为4-5小时。步骤(3)中所述的离心分离，控制离心机的转速为19000r/min-25000r/min。步骤(3)中所述的清洗至中性后干燥，具体采用冻干干燥，控制温度为-70℃，干燥70-80小时。本专利技术所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，采用水合肼作为还原试剂，水合肼分子通过亲核取代方式与氧化石墨烯结构中的环氧基作用，使环氧基发生开环反应，形成碳正离子，氧负离子夺取肼分子中的氢形成羟基，而丢失了氢的肼分子与碳正离子相结合，然后通过分子内缩合反应，将结构中的含氧官能团去除，从而对氧化石墨烯进行还原。本专利技术所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，首先将氧化石墨烯溶液升温至60-90℃，然后加入水合肼，反应过程中控制水浴回流，也就是说，对氧化石墨烯溶液进行热处理，使氧化石墨烯结构中的含氧官能团在去除的同时，氧化石墨烯片与片之间相互交联形成具有三维结构的还原氧化石墨烯。水合肼的用量及其反应时间对制备的石墨烯粉末的性能有重大的影响，水合肼的用量对还原产物含氧官能团变化有明显的影响，还原时间对产物表面含氧官能团含量有较大的影响，因此，水合肼的用量和反应时间是决定性因素。本专利技术所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，经过创造性的探索，确定出水合肼的最佳用量和最佳反应时间，氧化石墨烯溶液与水合肼的体积比为1:15-30，反应时间为12小时。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，以氧化石墨烯溶液为原料，以水合肼为还原剂，严格控制水合肼的用量、反应时间和反应温度，制备出高纯度的还原石墨烯粉末。本专利技术所述的制备工艺简便可行，工艺流程少，产率高，适合大规模工业化生产，制备的石墨烯分散性好，堆叠程度低，不易团聚。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1本专利技术所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯溶液升温至60℃；(2)缓慢加入水合肼，75℃下水浴回流反应12小时；(3)反应完毕后加入水进行离心分离清洗至中性后干燥，即得到还原石墨烯粉末。其中：步骤(1)中所述的氧化石墨烯溶液的制备方法，首先采用浓硫酸对天然磷片石墨进行预氧化处理，然后采用高铁酸钾和双氧水分别进行一级氧化和二级氧化，最后，经过离心分离和超声剥离得到分散性好的氧化石墨烯溶液。氧化石墨烯溶液的制备方法具体如下：预氧化：将天然鳞片石墨2Kg加入到130L浓硫酸中，进行预氧化反应，反应温度为80℃，反应时间为48h；一级氧化：将步骤(1)得到的溶液降温至7℃，加入16.5kg高铁酸钾进行一级氧化反应，反应时间为65h；高铁酸钾缓慢加入，控制每小时加入量为高铁酸钾总质量的2/9；二级氧化：向步骤(2)得到的溶液中加入650L的纯化水，控制反应温度为50℃，加水时间控制在5h；加水结束后，降温至22℃，加入双氧水，进行二级氧化反应，反应时间为45min；离心和清洗处理：对步骤(3)得到的溶液进行一级离心处理，离心完毕后加入纯化水，搅拌均匀，使用离心机进行二级离心分离清洗至中性，取出5ml膏体放入烘箱内烘干，烘干温度为100℃，时间为4h，测定膏体的固含量为8％，向得到的膏体中加入256L纯化水配制成质量浓度5g/L的氧化石墨溶液，搅拌均匀进行超声剥离，超声完毕后，进行三级离心分离，得到高纯度的氧化石墨烯溶液。氧化石墨烯溶液的浓度为5g/L。氧化石墨烯溶液与水合肼的体积比为1:20，即加入25.6L水合肼。步骤(2)中所述水浴回流温度为75℃。步骤(2)中所述的缓慢加入水合肼，具体是水合肼以0.06-0.08毫升/秒的速度加入，加料时间为4-5小时。步骤(3)中所述的离心分离，控制离心机的转速为19000r/min。步骤(3)中所述的清洗至中性后干燥，具体采用冻干干燥，控制温度为-70℃，干燥70小时。实施例2本专利技术所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯溶液升温至90℃；(2)缓慢加入水合肼，80℃下水浴回流反应12小时；(3)反应完毕后加入水进行离心分离清洗至中性后干燥，即得到还原石墨烯粉末。其中：实施例2中所述的氧化石墨烯溶液的制备方法与实施例1相同，制备得到的氧化石墨烯溶液，其中，离心和清洗处理步骤中，具体是向得到的膏体中加入323L纯化水配制成质量浓度2g/L的氧化石墨溶液。氧化石墨烯溶液的浓度为2g/L。氧化石墨烯溶液与水合肼的体积比为1:30，即加入19.4L水合肼。步骤(2)中所述的缓慢加入水合肼，具体是水合肼以0.06-0.08毫升/秒的速度加入，加料时间为4-5小时。步骤(3)中所述的离心分离，控制离心机的转速为25000r/min。步骤(3)中所述的清洗至中性后干燥，具体采用冻干干燥，控制温度为-70℃，干燥80小时。实施例3本专利技术所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯溶液升温至90℃；(2)缓慢加入水合肼，85℃下水浴回流反应12小时；(3)反应完毕后加入水进行离心分离清洗至中性后干燥，即得到还原石墨烯粉末。其中：实施例3中所述的氧化石墨烯溶液的制备方法与实施例1相同，制备得到的氧化石墨烯溶液，其中，离心和清洗处理步骤中，具体是向得到的膏体中加入646L纯化水配制成质量浓度1g/L的氧化石墨溶液。氧化石墨烯溶液的浓度为1g/L。氧化石墨烯溶液与水合肼的体积比为1:25，即加入16本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯溶液升温至60‑90℃；(2)缓慢加入水合肼，75‑85℃下水浴回流反应12小时；(3)反应完毕后加入水进行离心分离清洗至中性后干燥，即得到还原石墨烯粉末。

【技术特征摘要】
1.一种氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯溶液升温至60-90℃；(2)缓慢加入水合肼，75-85℃下水浴回流反应12小时；(3)反应完毕后加入水进行离心分离清洗至中性后干燥，即得到还原石墨烯粉末。2.根据权利要求1所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，其特征在于：步骤(1)中将氧化石墨烯溶液升温至80℃。3.根据权利要求1所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，其特征在于：氧化石墨烯溶液与水合肼的体积比为1:15-30。4.根据权利要求1所述的氧化还原法制备石墨烯粉末的工艺，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱英，于名讯，任卫卫，刘剑，张锋，高睿，鲍天骄，
申请(专利权)人：淄博联科石墨烯技术服务中心，
类型：发明
国别省市：山东,37