一种晶形石墨烯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种晶形石墨烯及其制备方法和改性沥青，包括如下步骤：(1)将高活性Ca(OH)

【技术实现步骤摘要】
一种晶形石墨烯及其制备方法和应用
本专利技术属于新型材料及其制备
，特别涉及一种晶形石墨烯及其制备方法和应用。
技术介绍
道路沥青路面在全世界广泛应用，目前全世界有95％以上的道路是沥青路面，而且沥青作为一种憎水材料，在建筑防水领域也有广泛的应用。现有的沥青改性材料，特别是SBS的大规模使用，在一定程度上解决了普通沥青温度稳定性差、耐水性差、耐老化性差、使用寿命较短的问题。但是，随着经济社会的高速发展，交通流量急剧增长，交通荷载快速增加，沥青公路的使用寿命变短。近年来，石墨烯材料与技术已成为沥青改性的一个新的趋势，改善沥青材料在微米和纳米尺度上的微观结构就能够从根本上大幅度提高沥青材料的宏观性能。从而提高沥青混凝土路面的功能性和耐久性，减少或延缓工程结构病害的发生，延长道路的使用寿命。沥青是由脂肪族、芳香族、环碳氢化合物、少量有机酸、碱和含有氮、氧、硫的杂环组分以及一些金属原子组成的复杂混合物。其组分可分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质，饱和分主要由正构烷烃、异构烷烃和环烷烃组成，其平均相对分子质量在500～800g/mol；芳香分主要是带环烷和长链烷基的芳香烃，其平均相对分子质量在800～1000g/mol；胶质平均相对分子质量在1300～1800g/mol；沥青质是沥青胶体体系的核心，平均相对分子质量为数千至上万g/mol，是高度缩合的芳香烃。沥青中高分子量的成分比例越大，则流变性越差，沥青的路用性能越好，而饱和分和芳香分实质上是沥青的有害成分。目前沥青改性材料以热塑性块状共聚物橡胶SBS的改性效果最好，占有改性沥青市场80％以上的份额，在乳化沥青改性方面主要是SBR胶乳，其余改性剂份额很小。在沥青的物理改性方面主要有炭黑、硫磺、废橡胶粉等。热塑性块状共聚物SBS沥青改性材料可增加沥青弹性，增强抵抗永久变形的能力并减小温度敏感性，使沥青的路用性能得到一定的提高。石墨烯是一种SP2纳米碳材料，具有优异的力学、热学、光电磁性能。石墨烯材料和技术对沥青的改性还处于技术研发应用的初级阶段，以二维和三维石墨烯材料的研究开发为主。石墨烯的制备方法不同，所制备的石墨烯在应用领域亦有差异，体现为形貌维度差异、比表面积差异和功能差异。作为沥青改性材料的石墨烯，与沥青的适配性是关键，根据沥青混合物的复杂结构及沥青路面的使用环境，需要研发制备适配的石墨烯材料来满足高性能改性沥青的需求。近年来公开的用于改性沥青的石墨烯材料和技术很多，其中申请专利公开的有CN103819915A、CN105885906A、CN106832977A、CN108117714A、CN109575618A、CN108424663A、CN109735126A、CN108587207A、CN108690360A、CN109232985A、CN108559289A等等，归纳起来，主要是二维石墨烯粉体材料。二维石墨烯粉体可以适当改善沥青的高温性能，却降低了沥青的低温性能。由于范德华力的作用，二维石墨烯易发生自身团聚，导致其比表面积利用率低，而且在其形成宏观体的过程中出现搭接界面，而界面间的相互作用为范德华力，从而大大降低了作用强度，使宏观体的性能降低，与沥青的适配性差；有使用三维石墨烯的，但该三维石墨烯由于其制备工艺的特点，使其并不适合于沥青改性，况且该三维石墨烯材料表面含有大量的含氧官能团或羟基、羧基和环氧基等官能团，这虽然与沥青容易混合，但这些官能团在热、光、氧的作用下，易敏化生成烃氧自由基和羟基自由基，并引发一系列的自由基链式反应，导致沥青的提前老化；有的采用三维石墨烯沥青改性材料和技术，但其石墨烯比表面面积小，与沥青适配性差，且经过部分氧化，使石墨烯带着含氧基团，与沥青的混合只是这些官能团之间的桥接，石墨烯与沥青不能形成共混均匀体系，最多是微观或亚微观结构的多相体系，而且制备这些石墨烯的生产工艺复杂，能耗高，生产成本高，环保效应差，石墨烯价格昂贵，难以大规模工业化应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足和问题，本专利技术提供一种晶形石墨烯及其制备方法和应用，所述晶形石墨烯能与沥青混合物高度适配，提高沥青的高低温性能。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种晶形石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)将高活性Ca(OH)2粉体置于反应炉中，在惰性保护气氛下升温到预设温度并保持该温度；按照质量百分比计，高活性Ca(OH)2粉体中Ca(OH)2的含量不小于90％、Mg(OH)2的在0.1％～5％之间，其余为杂质；(2)向反应炉内通入碳源，进行化学气相沉积反应，得到固相产物；(3)将固相产物进行酸洗、过滤、干燥后，置于含有氢气或二氧化碳的惰性气氛炉内，高温刻蚀，得到晶形石墨烯。优选的，步骤(1)中，所述的预设温度为930℃～1150℃。进一步的，步骤(1)中，所述的预设温度为950℃～1000℃。优选的，步骤(2)中，所述的碳源为C1～C6的烃类碳源。优选的，步骤(2)中，碳源与高活性Ca(OH)2粉体的质量比例为1:(1～40)。优选的，步骤(2)中，化学气相沉积反应时间为5秒～5分钟。优选的，步骤(3)中，酸洗是将固相产物浸泡于盐酸溶液中，在常温至70℃温度下反应10分钟～20小时。优选的，步骤(3)中，高温刻蚀是加温至800～1000℃温度下刻蚀15～60分钟，然后在惰性保护气氛下冷却至100℃以下，即得到晶形石墨烯。采用所述的制备方法制备得到的晶形石墨烯。采用所述的晶形石墨烯作为改性剂在制备改性沥青中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术晶形石墨烯的制备，选用氢氧化镁含量在5％以下的高活性氢氧化钙粉体，氢氧化镁的六方晶格构型与氢氧化钙的三方晶格构型经高温处理，形成了晶形结构的模板，其中氢氧化镁有调节模板构型的作用，制备的晶形石墨烯碳原子间主要以SP2杂化连接，形成SP2共价键联结的三维晶形少层石墨烯网络，具有从1nm～200nm的微孔、介孔、大孔的晶形结构。经过超声震荡、高温退火、低温冷冻、重力碾压、酸碱溶液浸泡、有机溶剂浸泡等破坏性处理后，依然保持整体的晶形形貌不变。说明晶形石墨烯具有完整的SP2杂化轨道，内部联结强、构型稳定、不易发生断裂、团聚等性能损害。且采用高温炉内制模、化学气相沉积连续发生工艺，使得模板构型整齐，孔隙完好不塌陷，模板活性高，生长石墨烯良品率高，工艺简单，能耗低，比现有同类型生产技术能耗降低20％左右。本专利技术所选用的氢氧化钙，可通过消化生石灰的工艺生产，而且只要其中镁石含量低于5％即可，原料广泛，生产成本低廉。本专利技术制备得到的晶形石墨烯，碳原子间主要以SP2杂化连接形成SP2共价键联结的三维晶形少层石墨烯网络，具有从1nm～200nm的微孔、介孔和大孔结构，用于改性沥青，能与沥青混合物形成共构共混体。本专利技术根据沥青成分的多样性和复杂性，选用氢氧化镁含量在5％以下的高活性氢氧化钙，采用高温炉内制模、化学气相沉积连续发生工艺，制备出能与沥青混合物高度适配的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶形石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将高活性Ca(OH)

【技术特征摘要】
1.一种晶形石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将高活性Ca(OH)2粉体置于反应炉中，在惰性保护气氛下升温到预设温度并保持该温度；按照质量百分比计，高活性Ca(OH)2粉体中Ca(OH)2的含量不小于90％、Mg(OH)2的含量在0.1％～5％之间；
(2)向反应炉内通入碳源，进行化学气相沉积反应，得到固相产物；
(3)将固相产物进行酸洗、过滤、干燥后，置于含有氢气或二氧化碳的惰性气氛炉内，高温刻蚀，得到晶形石墨烯。


2.根据权利要求1所述的晶形石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的预设温度为930℃～1150℃。


3.根据权利要求2所述的晶形石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的预设温度为950℃～1000℃。


4.根据权利要求1所述的晶形石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的碳源为C1～C6的烃类碳源...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔云，
申请(专利权)人：崔云，
类型：发明
国别省市：陕西;61