超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法技术

本发明专利技术提供一种超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法，包括：以石墨为原料，对石墨进行二氧化碳超临界处理的同时进行超声处理，得到所述石墨烯。该方法工艺简单、成本低、所用原材料资源丰富且易于大规模生产，所得石墨烯质量高，具有良好的工业化应用前景。

【技术实现步骤摘要】
超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法
本专利技术涉及石墨烯制备
，具体涉及一种超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯发现至今已有16年的时间，经过漫长的实验室研发阶段以后，慢慢进入了产业化初期。而大规模的产业化必然要求能够有成熟的方法进行石墨烯的大量制备。事实上，石墨烯的制备方法有很多种，但是归结起来主要包括两类：Top-Down法和Bottom-up法。Top-Down法通常是以石墨为原料，通过各种物理或者化学的手段增大石墨层间距，进而对石墨进行剥离获得石墨烯。此类方法主要包括氧化还原法、机械剥离法以及液相插层剥离法等。氧化还原法是利用硫酸、高锰酸钾等强氧化剂将石墨氧化，从而增大石墨层间距，经超声剥离得到氧化石墨烯，再经高温还原，即可得到石墨烯。机械剥离法是利用一些特有的设备对石墨进行物理处理从而获得石墨烯。液相插层剥离是利用特定的有机溶剂对石墨进行插层从而获得石墨烯。Bottom-up法通常是以小分子气体、有机物或者碳化硅为原料，通过一定的物理化学过程去除非碳元素，使得碳原子重新排列，进而获得石墨烯。此类方法主要包括化学气相沉积法、外延生长法以及化学合成法等。化学气相沉积法通常是以含碳类的小分子气体为原料，在铜、镍等金属的催化作用下，使小分子在催化剂表面分解，碳原子重新排列从而形成石墨烯结构。外延生长法是在高温高真空的条件下，使碳化硅中的硅碳键断裂，硅原子从表面升华，富集在表面的碳原子重新排列形成sp2杂化的碳碳键。化学合成法通常是以有机化合物为原料，高温高压下热解形成石墨烯。在这些制备方法中，氧化还原法制备过程中会造成环境污染，化学气相沉积法和外延生长法设备昂贵、成本较高。而物理机械剥离法由于原料成本低廉，对环境友好，是一种比较有前景产业化的方法。之前的报道结果通常采用单一的机械剥离手段进行，为了提高剥离效率以及产品质量，需要一种新的组合机械剥离制备石墨烯的方法。需注意的是，前述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法，以解决现有石墨烯制备工艺成本高、产品质量低等问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法，包括以石墨为原料，对石墨进行二氧化碳超临界处理的同时进行超声处理，得到石墨烯。根据本专利技术的一个实施方式，还包括向石墨中加入第一溶剂和第一分散剂充分混合，得到的第一分散液作为原料；其中第一溶剂选自水、N-甲基吡咯烷酮和乙醇中的一种或多种，第一分散剂选自脂肪酸钠、氨基酸钠、酮基磺胺钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、卵磷脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中的一种或多种，石墨和第一溶剂的质量比为1:10～200，石墨与第一分散剂的质量比为200～5:1。根据本专利技术的一个实施方式，包括：将原料置于连接有超声设备的反应釜中；通入二氧化碳于反应釜，调节反应釜的压力为8MPa～100MPa，温度为35℃～500℃，并设定超声功率为500W～3000W，保持0.1h～10h进行反应。根据本专利技术的一个实施方式，还包括：向反应后的产物加入第二溶剂和第二分散剂充分混合得到第二分散液，第二分散液于100MPa～300MPa的压力下均质处理后，干燥得到石墨烯。根据本专利技术的一个实施方式，第二溶剂选自水、N-甲基吡咯烷酮和乙醇中的一种或多种，第二分散剂选自脂肪酸钠、氨基酸钠、酮基磺胺钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、卵磷脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中的一种或多种；石墨和第二溶剂的质量比为1:10～200，石墨与第二分散剂的质量比为200～5:1。根据本专利技术的一个实施方式，均质处理重复进行3～6次，每次均质处理的时间为5min～50min。根据本专利技术的一个实施方式，还包括在均质处理后进行二次超声处理，干燥后得到石墨烯；其中二次超声处理的功率为500W～3000W，时间为1h～5h。根据本专利技术的一个实施方式，石墨为天然石墨、人造石墨和膨胀石墨中的一种或多种。根据本专利技术的一个实施方式，石墨为粉末状，粒径为1μm～100μm。根据本专利技术的一个实施方式，石墨烯的层数为5层～10层。由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种新的利用超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法，所得石墨烯质量高，导电、导热性能较佳。该方法工艺简单、成本低、所用原材料资源丰富且易于大规模生产，具有良好的工业化应用前景。附图说明以下附图用于提供对本专利技术的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。图1是实施例1所制备石墨烯的原子力显微镜图。图2是实施例2所制备石墨烯的原子力显微镜图。图3是实施例3所制备石墨烯的原子力显微镜图。图4是实施例4所制备石墨烯的原子力显微镜图。图5是实施例5所制备石墨烯的原子力显微镜图。具体实施方式以下内容提供了不同的实施例或范例，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。当然，这些仅仅是范例，而非意图限制本专利技术。在本专利技术中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应当被视为在本文中具体公开。本专利技术提供一种超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法，包括以石墨为原料，对石墨进行二氧化碳超临界处理的同时进行超声处理，得到石墨烯。根据本专利技术，现有的石墨烯制备工艺成本高、产品质量低等问题，为此，本专利技术的专利技术人发现，通过将二氧化碳超临界处理与超声处理结合，也即利用超声辅助超临界法对石墨进行液相剥离，可以高效得到导电导热性能均较佳的高质量石墨烯。该方法工艺简单、成本低且原材料资源丰富，具有良好的工业化应用前景。下面对本专利技术一个实施方式的超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法进行具体阐述。首先，提供石墨作为原料。其中石墨可以为天然石墨、人造石墨、膨胀石墨等或其组合，本专利技术不限于此。石墨优选采用石墨粉末，其粒径为1μm～100μm，优选为1μm～10μm。将原料石墨置于连接有超声设备的反应釜中，通入二氧化碳于反应釜，调节反应釜的压力为8MPa～100MPa，例如，8MPa、10MPa、15MPa、20MPa、50MPa、70MPa等，优选为10MPa～50MPa；温度为35℃～500℃，例如，35℃、38℃、5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，包括：以石墨为原料，对所述石墨进行二氧化碳超临界处理的同时进行超声处理，得到所述石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助超临界液相剥离制备石墨烯的方法，其特征在于，包括：以石墨为原料，对所述石墨进行二氧化碳超临界处理的同时进行超声处理，得到所述石墨烯。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括向所述石墨中加入第一溶剂和第一分散剂充分混合，得到的第一分散液作为所述原料；其中所述第一溶剂选自水、N-甲基吡咯烷酮和乙醇中的一种或多种，所述第一分散剂选自脂肪酸钠、氨基酸钠、酮基磺胺钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、卵磷脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中的一种或多种，所述石墨和第一溶剂的质量比为1:10～200，所述石墨与第一分散剂的质量比为200～5:1。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
将所述原料置于连接有超声设备的反应釜中；
通入二氧化碳于所述反应釜，调节所述反应釜的压力为8MPa～100MPa，温度为35℃～500℃，并设定超声功率为500W～3000W，保持0.1h～10h进行反应。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：向所述反应后的产物加入第二溶剂和第二分散剂充分混合得到第二分散液，所述第二分散液于100MPa～300MPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小廷，沈伟，曹建苹，陈韵吉，
申请(专利权)人：北京石墨烯研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11