一种氨基化氧化石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氨基化氧化石墨烯的制备方法，其解决了现有制备方法制作出的材料片层尺寸大小不同的技术问题，其包括如下步骤：称取石墨鳞片，将石墨鳞片通过改进Hummers法制得氧化石墨烯分散液；得到的将氧化石墨烯分散液通过细胞破碎仪、超声处理，经冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末；将得到的氧化石墨烯粉末加入有机溶剂中，超声处理后，加入小分子胺类化合物和脱水缩合剂处理；反应产物，通过离心机离心和抽滤，得到片层尺寸不同的氨基化氧化石墨烯分散液，经过冷冻干燥可得到氨基化氧化石墨烯粉末。本发明专利技术可用于氨基化氧化石墨烯的制备。

A preparation method of aminographene oxide

【技术实现步骤摘要】
一种氨基化氧化石墨烯的制备方法
本专利技术涉及一种石墨材料的制备方法，具体说是涉及一种氨基化氧化石墨烯的制备方法。
技术介绍
石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成六方结构排列的二维单层，石墨烯的这种独一无二的结构特征，使得它对可见光具有良好的透过性、具有非常高的导电、导热系数，同时它的力学性能也异常优秀，而且也是已知最轻最薄的材料。然而在实际应用中，石墨烯有着价格昂贵、难以大规模生产的问题，但是为了应对更加广泛的应用需求，所以石墨烯的功能化改性就显得尤为重要。在制备石墨烯的过程中，产生了氧化石墨烯这种衍生物。原始的石墨烯或者氧化石墨烯并不适合用于制备石墨烯复合材料，因为石墨烯之间存在较强的π-π相互作用，使得石墨烯易于在基体中团聚到一起。而氧化石墨烯表明存在各种含氧基团，这些含氧官能团使得氧化石墨烯具有更高的化学活性和更多的反应位点，这使得氧化石墨烯易于功能化。功能化的氧化石墨烯由于具有与基体相容性更好的基团，使其与基体有更好的分散性和界面结合性。氨基化改性就是其中之一，氨基化改性石墨烯是氨基基团与氧化石墨烯上的羟基、羧基等通过共价键连接在一起，由于氨基与环氧基等基团有很好的化学键作用，因此氨基化氧化石墨烯可以在环氧树脂中具有更好的相容性和分散性。然而氧化石墨烯片层尺寸大小的不同，会使其物理、化学性质有所差异，最终影响制得的纳米复合材料的导热、力学、固化行为等性能。而无论是大或小的片层都具有其各自的优势，大片层的石墨烯可用于制造基于石墨烯的三维网络，2D分层体系结构，和光电子器件的导电薄膜。在这些情况下，石墨烯片层越大，和其他片层的联结点越少，接触电阻越小。而小片层的石墨烯，有更强的氧化还原反应活性以其更突出的电化学活性的生物相容性，更适合用于感测及生物方面的应用。而且，石墨烯材料的电导率与热导率和石墨烯的片层尺寸有极大的关系。一般情况下，大片层石墨烯的电导率比小片层高。目前，氧化石墨烯制备的专利有很多，例如，公开号分别为CN109250710A、CN110562970A、CN110697698A的中国专利技术专利申请公开，但其均未说明制备出的氧化石墨烯片层尺寸大小及其分布，因而制备特定单一片层且分布均一的氧化石墨烯仍是一项挑战。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决现有制备方法制作出的材料片层尺寸大小不同的技术问题，提供一种特定单一片层且分布均一氨基化氧化石墨烯的制备方法。为此，本专利技术提供一种不同片层尺寸氨基化氧化石墨烯的制备方法，其包括如下步骤：(1)称取石墨鳞片，将石墨鳞片通过改进Hummers法，得到氧化石墨烯分散液；(2)所述步骤(1)得到的将氧化石墨烯分散液先通过细胞破碎仪处理15-60min，接着进行超声处理1-2h，经冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末；(3)将步骤(2)得到的氧化石墨烯粉末加入优选的有机溶剂中，超声30min后，加入小分子胺类化合物和脱水缩合剂，放入蒸馏烧瓶中，在恒温油浴锅内于120-130℃下冷凝回流12-24h；(4)用去离子水清洗所述步骤(3)反应后的产物，通过离心机离心和抽滤，得到片层尺寸不同的氨基化氧化石墨烯分散液，经过冷冻干燥可得到氨基化氧化石墨烯粉末。优选的，步骤(1)中，石墨鳞片的目数为300目-10000目；改性Hummers中，将氧化后的石墨鳞片通过去离子水透析的方法制备氧化石墨烯分散液。优选的，步骤(2)中，氧化石墨烯分散液应在冰水浴中进行破碎，氧化石墨烯分散液温度不低于0℃，不高于40℃。优选的，步骤(3)中，有机溶剂包括N-N’二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜和氮-甲基吡咯烷酮；其中优选的脱水缩合剂包括N-N’-二环已基碳酰亚胺、二异丙基碳二亚胺和1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺中的一种或几种。优选的，步骤(3)中，氧化石墨烯在有机溶剂中的浓度为0.002-0.004g/ml；小分子胺类化合物为脂肪胺和芳香族胺中的一种或几种。优选的，步骤(4)中，离心机转速为8000-10000rpm/min，离心时间在5-10min。本专利技术制备的片层大小相同且分布均一的氨基化氧化石墨烯粉末，能够制备出片层大小相同且粒径尺寸分布均匀的氨基化氧化石墨烯。能在乙醇、DMF、丙酮等溶剂中，通过简单的超声达到良好的分散效果，并且能够在环氧树脂中实现长期均一、稳定的分散效果。将其与环氧树脂混合均匀后制备环氧树脂/复合材料，与纯环氧树脂相比，复合材料的弯曲强度、冲击强度均有所提升。本专利技术所示的通过细胞破碎仪进行破碎，可以选用去离子水、乙醇、DMF、丙酮等溶剂。使用冰水浴的目的是为了保持破碎过程中不会因为温度过高，导致氧化石墨烯片层被热还原。可以根据所需片层大小选择不同的破碎时间，但是在15-60min较为合适，低于15min会导致片层粒径分布较宽，而超过60min会导致氧化石墨烯表面被破坏的较为严重。本专利技术所示通过冷冻干燥的方法制的氧化石墨烯粉末，可有效保持氧化石墨烯原有的片层结构。若通过烘箱等干燥方法，会使得氧化石墨烯片层因过快的失水紧密的粘合再一起，难以再次分散。与现有的氨基化氧化石墨烯制备技术相比，本专利技术的方法具有以下优点：首先可以通过选择不同的石墨鳞片来制备片层大小相同且分布均一的氧化石墨烯，通过细胞破碎、离心等手段可以得到粒径分布均一的氧化石墨烯片。同时制得的氧化石墨烯表面含有丰富的含氧官能团，有较高的表面活性，易于制备的氨基化氧化石墨烯。本专利公布的氨基化氧化石墨烯制备方法简单，石墨烯粉末易于分散，具有与溶剂与环氧树脂相容性好等特点，同时可以提高环氧树脂复合材料的力学性能和界面性能。附图说明图1是本专利技术实施例1所示的扫描电镜图(放大倍数：10.0KX)；图2是本专利技术实施例2所示的透射电镜图(放大倍数：7KX)；图3是本专利技术实施例2所示的粒径分布图；图4是本专利技术实施例2所示的原子力显微镜图(图片区域大小：800nm)；图5是本专利技术实施例2所示的扫描电镜图(放大倍数：100.0KX)；图6是本专利技术实施例2所示的粒径分布图。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权力要求书中所描述的本专利技术。实施例1本实施例所选的石墨鳞片为300目，所选的小分子胺为三乙烯四胺。本实施例从以上的原料制备一种大片层氨基化氧化石墨烯，其具体步骤如下：称取5g300目的石墨鳞片，通过改进Hummers法，经过去离子水透析得到氧化石墨烯分散液。改进Hummers法具体如下：5g鳞片石墨加入2.5g硝酸钠和120ml浓硫酸，再加入15g高锰酸钾，反应2天后，取30ml过氧化氢和300ml去离子水的混合溶剂，缓慢加入反应后的体系，直到没有气体放出为止。再经过去离子水透析超声，得到两种氧化石墨烯分散液。将制得的氧化石墨烯分散液在冰水浴中通过细胞破碎仪处理15min，接着超声2h。后经过冷冻干燥，得到氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨基化氧化石墨烯的制备方法，其特征是包括如下步骤：/n(1)称取石墨鳞片，将石墨鳞片通过改进Hummers法，得到氧化石墨烯分散液；/n(2)所述步骤(1)得到的将氧化石墨烯分散液先通过细胞破碎仪处理15-60min，接着进行超声处理1-2h，经冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末；/n(3)将步骤(2)得到的氧化石墨烯粉末加入优选的有机溶剂中，超声30min后，加入小分子胺类化合物和脱水缩合剂，放入蒸馏烧瓶中，在恒温油浴锅内于120-130℃下冷凝回流12-24h；/n(4)用去离子水清洗所述步骤(3)反应后的产物，通过离心机离心和抽滤，得到片层尺寸不同的氨基化氧化石墨烯分散液，经过冷冻干燥可得到氨基化氧化石墨烯粉末。/n

【技术特征摘要】
1.一种氨基化氧化石墨烯的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)称取石墨鳞片，将石墨鳞片通过改进Hummers法，得到氧化石墨烯分散液；
(2)所述步骤(1)得到的将氧化石墨烯分散液先通过细胞破碎仪处理15-60min，接着进行超声处理1-2h，经冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末；
(3)将步骤(2)得到的氧化石墨烯粉末加入优选的有机溶剂中，超声30min后，加入小分子胺类化合物和脱水缩合剂，放入蒸馏烧瓶中，在恒温油浴锅内于120-130℃下冷凝回流12-24h；
(4)用去离子水清洗所述步骤(3)反应后的产物，通过离心机离心和抽滤，得到片层尺寸不同的氨基化氧化石墨烯分散液，经过冷冻干燥可得到氨基化氧化石墨烯粉末。


2.根据权利要求1所述不同片层尺寸的氨基化氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，石墨鳞片的目数为300目-10000目；改性Hummers中，将氧化后的石墨鳞片通过去离子水透析的方法制备氧化石墨烯分散液。


3...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋刚，吕晟东，张文卿，吴凌云，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11