氧化石墨烯的制备方法技术

公开一种氧化石墨烯的制备方法，包括：将稀盐酸与抗凝胶剂共混，得到洗涤液A；用所述洗涤液A对氧化石墨原料进行洗涤，得到初级纯化氧化石墨；将有机酸与所述抗凝胶剂共混，得到洗涤液B；用所述洗涤液B对所述初级纯化氧化石墨进行洗涤，得到中级纯化氧化石墨；将所述抗凝胶剂与所述中级纯化氧化石墨共混洗涤，得到纯化的氧化石墨；以及将所述纯化的氧化石墨进行剥离，制得氧化石墨烯。本发明专利技术的制备方法可以有效降低氧化石墨烯中的杂质离子含量，特别是氯离子杂质的含量，提高氧化石墨烯的收得率。

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯的制备方法
本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及氧化石墨烯的制备方法。
技术介绍
自2004年石墨烯快速发展以来，氧化石墨烯也得到了广泛的关注。氧化石墨烯被认为是具有部分无定形结构的碳骨架，其表面丰富的如羧基、醚键、羟基、醌基等含氧官能团以及孔洞缺陷为其提供了多种性能。例如氧化石墨烯的共价键功能化特性、在水溶液中的稳定性等多种性能为其应用提供了潜在的可能。就氧化石墨烯的应用来说，其可被广泛应用于复合材料、导电油墨、能量储存等领域。相比于石墨烯，氧化石墨烯的生产成本更低廉、应用范围也更加广阔。就氧化石墨烯的制备来说，湿法化学是制备氧化石墨烯目前使用最主流的方法，包括传统的Brodie法、Staudenmaier法以及Hummers法。目前，工业化大规模生产氧化石墨烯的主要方法是Charpy-Hummers法，其形成机理主要是首先将块状石墨进行插层得到硫酸-石墨插层化合物、然后对其氧化得到氧化石墨，之后进行剥离和洗涤最终得到氧化石墨烯。但由于对氧化石墨进行洗涤时需要引入盐酸，最终得到的氧化石墨烯中仍残留一定含量的氯离子，其限制了氧化石墨烯在如混凝土、PCB板、药物载体等方面的应用。专利CN110272040A公开了一种高纯氧化石墨烯的制备方法，该专利技术通过结合电化学氧化和水流的切割的原理，促使石墨在高纯水体系中氧化和剥离，得到高纯氧化石墨烯。但是该方法并不适用于工业化大批量生产。专利CN109292767A和专利CN109292764A分别公开了一种氧化石墨烯的纯化方法、一种低杂质含量石墨烯制备方法。两种方法均以氧化石墨烯为原料，将其与络合剂和酸进行共混纯化，以降低氧化石墨烯中的杂质离子，包括Mn2+、K+和Fe3+，但这两种方法均不能特别降低负价离子Cl-的含量。氧化石墨烯产品的很多下游应用对杂质氯离子杂质含量的要求极为严格，因此寻找制备低氯离子杂质含量的氧化石墨烯方法，对氧化石墨烯产品市场的发展有着非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对传统氧化石墨烯制备方法制得的产品中氯离子杂质含量高的问题，提供一种低氯离子杂质含量的氧化石墨烯制备方法。一种氧化石墨烯的制备方法，包括：将稀盐酸与抗凝胶剂共混，得到洗涤液A；用所述洗涤液A对氧化石墨原料进行洗涤，得到初级纯化氧化石墨；将有机酸与所述抗凝胶剂共混，得到洗涤液B；用所述洗涤液B对所述初级纯化氧化石墨进行洗涤，得到中级纯化氧化石墨；将所述抗凝胶剂与所述中级纯化氧化石墨共混洗涤，得到纯化的氧化石墨；以及将所述纯化的氧化石墨进行剥离，制得氧化石墨烯。根据本专利技术一实施方式，所述洗涤液A使用的所述稀盐酸质量浓度为1-5％，组成所述洗涤液A的所述稀盐酸与所述抗凝胶剂的质量比为3：1-1：5。根据本专利技术另一实施方式，所述洗涤液A与所述氧化石墨原料质量比为大于等于5：1。根据本专利技术另一实施方式，所述洗涤液A对所述氧化石墨原料仅洗涤一次。根据本专利技术另一实施方式，所述有机酸选自乙酸、羟基乙二酸、乙二酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸中的一种或多种。根据本专利技术另一实施方式，组成所述洗涤液B的所述有机酸与所述抗凝胶剂的质量比为3：1-1：1。根据本专利技术另一实施方式，所述洗涤液B与所述初级纯化氧化石墨质量比为大于等于5：1。根据本专利技术另一实施方式，所述洗涤液B对所述初级纯化氧化石墨洗涤一次或多次。根据本专利技术另一实施方式，所述抗凝胶剂与所述中级纯化氧化石墨共混洗涤至少两次。根据本专利技术另一实施方式，所述抗凝胶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丙酮中的一种或多种。根据本专利技术另一实施方式，还包括：在剥离之前，将所述纯化的氧化石墨在去离子水中浸泡1-24h。与现有技术相比，本专利技术采用有机酸代替一部分盐酸作为洗涤溶剂的组成部分，不仅可以去除氧化石墨烯中如Mn2+、K+等杂质离子，同时可以降低所制备的氧化石墨烯中的杂质氯离子含量。另外，采用抗凝胶剂对氧化石墨进行洗涤，避免了氧化石墨在水中因溶胀形成凝胶而造成过滤困难的问题。因此，本专利技术的制备方法可以有效降低氧化石墨烯中的杂质离子含量，特别是氯离子杂质的含量，提高氧化石墨烯的收得率。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是本专利技术一实施方式的氧化石墨烯的制备方法流程示意图。图2是实施例1制备的氧化石墨烯成品的X射线衍射图谱。图3是实施例1制备的氧化石墨烯成品的拉曼光谱。图4是实施例1制备的氧化石墨烯成品的Zeta电位图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。本专利中“抗凝胶剂”是指，避免氧化石墨烯在水或水溶液中溶胀形成凝胶的物质。如图1所示，本专利技术的氧化石墨烯的制备方法，包括：S1，将稀盐酸与抗凝胶剂共混，得到洗涤液A；S2，用洗涤液A对氧化石墨原料进行洗涤，得到初级纯化氧化石墨；S3，将有机酸与抗凝胶剂共混，得到洗涤液B；S4，用洗涤液B对初级纯化氧化石墨进行洗涤，得到中级纯化氧化石墨；S5，将抗凝胶剂与中级纯化氧化石墨共混洗涤，得到纯化的氧化石墨；以及S6，将纯化的氧化石墨进行剥离，制得氧化石墨烯。在S1步骤中，洗涤液A使用的稀盐酸质量浓度为1-5％。稀盐酸的质量小于1％时，则不利于锰离子、硫酸根离子等杂质离子的去除，大于5％时，则会引入过多氯离子。洗涤液A中的抗凝胶剂可以避免氧化石墨原料在水溶液中溶胀形成凝胶，从而避免了凝胶态下氧化石墨烯过滤困难的缺陷。优选，稀盐酸与抗凝胶剂的质量比优选为3：1-1：5。稀盐酸与抗凝胶剂的质量比大于3：1，则抗凝胶剂的剂量相对较少，溶液溶剂形成凝胶；稀盐酸与抗凝胶剂的质量比小于1：5，则提高洗涤成本。在S2步骤中，将得到的洗涤液A对氧化石墨原料进行初步清洗，洗出少量锰离子和钾离子，洗涤后经过过滤等得到初级纯化氧化石墨。洗涤液A与氧化石墨原料的质量比优选为大于等于5：1当洗涤液A与氧化石墨原料的质量比小于5：1。当然，洗涤液A与待洗氧化石墨烯的质量比越大越有利于氧化石墨烯中锰离子和钾离子的去除。但考虑成本和氯离子的引入，优选洗涤液A和待洗氧化石墨烯的质量比上限是30:1。优选，S2步骤仅进行一次，以避免过多使用稀盐酸，导致氯离子的引入。在S3步骤中，洗涤液B所采用的有机酸选自乙酸、羟基乙二酸、乙二酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸中的一种或多种。洗涤液B中抗凝胶剂的作用与洗涤液A中抗凝胶剂的作用相同，也是避免氧化石墨的溶胀形成凝胶。洗涤液B中有机酸与抗凝胶剂的质量比优选为3：1-1：1。当有机酸与抗凝胶剂的质量比大于3：1时，则容易发生凝胶化；当有机酸与抗凝胶剂的质量比小于1：1时，则不利于氧化石墨烯中杂质离子的去除。在S4步骤中，将得到的洗涤液B对初级纯化氧化石墨进行洗涤，洗出氧化石墨中的锰离子、钾离子和少量硫酸根离子。洗涤液B与初级纯化氧化石墨质量比优选为大于等于5：1。当洗涤液B与初级纯化氧化石墨质量比小于5：1时，则纯化效果差。该步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括：/n将稀盐酸与抗凝胶剂共混，得到洗涤液A；/n用所述洗涤液A对氧化石墨原料进行洗涤，得到初级纯化氧化石墨；/n将有机酸与所述抗凝胶剂共混，得到洗涤液B；/n用所述洗涤液B对所述初级纯化氧化石墨进行洗涤，得到中级纯化氧化石墨；/n将所述抗凝胶剂与所述中级纯化氧化石墨共混洗涤，得到纯化的氧化石墨；以及/n将所述纯化的氧化石墨进行剥离，制得氧化石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括：
将稀盐酸与抗凝胶剂共混，得到洗涤液A；
用所述洗涤液A对氧化石墨原料进行洗涤，得到初级纯化氧化石墨；
将有机酸与所述抗凝胶剂共混，得到洗涤液B；
用所述洗涤液B对所述初级纯化氧化石墨进行洗涤，得到中级纯化氧化石墨；
将所述抗凝胶剂与所述中级纯化氧化石墨共混洗涤，得到纯化的氧化石墨；以及
将所述纯化的氧化石墨进行剥离，制得氧化石墨烯。


2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述洗涤液A使用的所述稀盐酸质量浓度为1-5％，组成所述洗涤液A的所述稀盐酸与所述抗凝胶剂的质量比为3：1-1：5。


3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述洗涤液A与所述氧化石墨原料质量比为大于等于5：1。


4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述洗涤液A对所述氧化石墨原料仅洗涤一次。


5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：权滢，张佑专，郭逦达，马贺然，陈韵吉，
申请(专利权)人：北京石墨烯研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11