一种羧基化石墨烯的绿色生产方法技术

本发明专利技术公开了一种羧基化石墨烯的绿色生产方法，属于石墨烯的制备技术领域。本发明专利技术将氧化石墨烯分散到溶剂中，得到氧化石墨烯分散液；将氧化石墨烯分散液加入到反应釜中，在温度20～160℃下加入柠檬酸、酯化剂和脱水缩合剂进行反应，反应时间1～10h，得到反应产物；反应产物中加入溶剂，进行抽滤、洗涤，得到抽滤产物；将抽滤产物重新分散在溶剂中，干燥，即得羧基化石墨烯粉体。本发明专利技术制得的羧基石墨烯分散性能优异，而且选用的羧基化试剂柠檬酸价格低廉且环境友好，制备工艺简单易行，适于大规模工业化生产。工业化生产。工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种羧基化石墨烯的绿色生产方法


[0001]本专利技术属于石墨烯的制备
，具体地说，涉及一种羧基化石墨烯的绿色生产方法。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道形成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，其厚度为一个碳原子层的厚度(0.35nm)，是目前发现的最薄的材料。石墨烯具有独特的物理化学性质，是目前已知的硬度最高的物质，杨氏模量超过1000GPa，同时具有较好的韧性；热导率3000W/m K；电荷迁移速度为2
×
105cm2/Vs；比表面积高达2600m2/g。
[0003]氧化石墨烯(GO)是在石墨烯片层上引入功能性的基团，使其具有某些新特性的一种功能化的石墨烯，功能性的基团包括位于氧化石墨烯的表面上的羟基和环氧基以及边缘处的羧基和羟基，利用氧化石墨烯表面基团可以和其他材料进行复合反应。其中羧基化石墨烯在高分子材料中的应用较为广泛，如何高效、量产羧基化石墨烯关系到石墨烯能否实现工业化应用。目前，羧基化石墨烯的制备已有报道，多采用原料氯乙酸、氨基己酸得到羧基化石墨烯，然而这类方法所用原料成本高，制得的羧基化石墨烯的羧基含量低且不稳定，同时，这类方法制备氧化石墨烯对石墨烯片层的破坏较大，从而造成石墨烯性能降低。因此从生产成本和后期应用方面考虑，现有方法的工业化应用价值不高，开发羧基含量高、石墨烯性能高的石墨烯羧基化技术十分必要。
[0004]公开日为2018年11月23日的中国专利2018110691447公开了一种羧基功能化石墨烯的制备方法，先将氧化石墨烯和碱液制成氧化石墨烯水性浆料，然后进行羧基活化反应，然后加入羧基化试剂和脱水缩合剂进行反应，最终得到羧基功能化石墨烯粉体。这种制备方法充分利用氧化石墨烯片层上的含氧官能团，制备的羧基功能化石墨烯羧基含量高、反应活性高。但是该方法较为复杂，水洗步骤较多，制备过程不够环保，出于绿色环保的要求，需要对上述方法进行改进。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的羧基化石墨烯表面羧基量低、所用原料成本高、改性效果差的问题，本专利技术的目的在于提供一种羧基化石墨烯的绿色生产方法，解决现有技术的生产方法不够环保的问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种羧基化石墨烯的绿色生产方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，将氧化石墨烯分散到溶剂中，得到氧化石墨烯分散液；
[0009]步骤2，将所述氧化石墨烯分散液加入到反应釜中，加入柠檬酸、酯化剂和脱水缩合剂进行反应，得到反应产物；
[0010]步骤3，向所述反应产物中加入溶剂，过滤、洗涤后得到过滤产物；
[0011]步骤4，将所述过滤产物重新分散在溶剂中，干燥后即得羧基化石墨烯粉体。
[0012]进一步地，步骤2的反应条件为在温度20～160℃下反应1～10h。
[0013]进一步地，所述溶剂为水、乙二醇、N，N
‑
二甲基甲酰胺或N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0014]进一步地，步骤1中的分散方式为超声、剪切、乳化同时进行的方式。
[0015]进一步地，将所述氧化石墨烯分散液经过均质后再加入到反应釜。
[0016]进一步地，柠檬酸与氧化石墨烯的质量比为1:(0.1～1)。
[0017]进一步地，所述酯化剂为浓硫酸或硝酸。
[0018]进一步地，所述脱水缩合剂为多聚磷酸。
[0019]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0020](1)本专利技术采用柠檬酸为原料进行羧基化改性，避免了废酸和工业盐的后期处理步骤，反应过程不产生任何环境污染，符合绿色环保的要求，且原料廉价易得，适于大规模工业化生产。
[0021](2)本专利技术的制备方法简单，最终产品易于分散，得到的羧基化石墨烯的片径小、层数低，用于改性高分子材料时有助于在基体材料中的分散，避免团聚，因而在添加量较小的情况下就能达到较好的改性效果。
[0022](3)本专利技术是利用氧化石墨表面已有的羧基和柠檬酸上的羟基在酯化剂和缩水剂下发生酯化反应，相当于同时引入三个羧基，使其羧基化石墨烯在复合材料改性的过程中与基体材料以化学键的形式连接，界面结合力高，力学性能改性效果更好。
[0023](4)本专利技术的反应条件温和可控，因而可以很好地保持氧化石墨烯的片层结构，保持原有特性，可应用于原位聚合涤纶的工业生产。
附图说明
[0024]图1为实施例2制备的羧基化石墨烯的原子力显微镜照片。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术进一步进行描述。
[0026]以下各实施例采用的各原料的来源：
[0027]氧化石墨烯购自常州第六元素材料科技股份有限公司，型号为SE2430W
‑
N。
[0028]柠檬酸购自南京化学试剂股份有限公司，分析纯。
[0029]浓硫酸购自常州市广伦商贸有限公司，纯度为96～98％。
[0030]硝酸购自常州市广伦商贸有限公司，纯度为68％。
[0031]多聚磷酸购自南京化学试剂股份有限公司，80％。
[0032]实施例1
[0033]步骤1，将25kg氧化石墨烯通过高剪切乳化机和超声分散装置同时运行的方式分散在600kg水中，得到氧化石墨烯分散液。
[0034]步骤2，将上述步骤得到的氧化石墨烯分散液经过均质后输送至反应釜中，升温至60℃，加入9kg柠檬酸、25g浓硫酸和2kg多聚磷酸，反应10h，得到反应产物。
[0035]步骤3，反应结束后向所述反应产物中加入水，进行抽滤、洗涤，得到过滤产物。
[0036]步骤4，通过超声、剪切、乳化的复合分散方式将过滤产物分散在去离子水中，得到羧基化石墨烯浆料，最后经过冷冻干燥得到羧基化石墨烯粉末。
[0037]实施例2
[0038]步骤1，将25kg氧化石墨烯通过超声、剪切、乳化复合的分散方式分散在500kg水中，得到氧化石墨烯分散液。
[0039]步骤2，将上述步骤得到的氧化石墨烯分散液经过均质后输送至反应釜中，升温至80℃，加入10kg柠檬酸、20g浓硫酸和2.5kg多聚磷酸，反应4h，得到反应产物。
[0040]步骤3，反应结束后向所述反应产物中加入水，进行抽滤、洗涤，得到过滤产物。
[0041]步骤4，通过超声、剪切、乳化的复合分散方式将过滤产物分散在去离子水中，得到羧基化石墨烯浆料，最后经过冷冻干燥得到羧基化石墨烯粉末。
[0042]如图1所示为实施例2制备的羧基化石墨烯的原子力显微镜照片，从照片中可以看出，粒径达到1.1μm，厚度0.9nm，片径较小，便于后期聚合纺丝。
[0043]实施例3
[0044]步骤1，将25kg氧化石墨烯通过超声、剪切、乳化复合的分散方式分散在600kg乙二醇中，得到氧化石墨烯分散液。
[0045]步骤2，将上述步骤得到的氧化石墨烯分散液经过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羧基化石墨烯的绿色生产方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将氧化石墨烯分散到溶剂中，得到氧化石墨烯分散液；步骤2，将所述氧化石墨烯分散液加入到反应釜中，加入柠檬酸、酯化剂和脱水缩合剂进行反应，得到反应产物；步骤3，向所述反应产物中加入溶剂，过滤、洗涤后得到过滤产物；步骤4，将所述过滤产物重新分散在溶剂中，干燥后即得羧基化石墨烯粉体。2.根据权利要求1所述的羧基化石墨烯的绿色生产方法，其特征在于，步骤2的反应条件为在温度20～160℃下反应1～10h。3.根据权利要求1所述的羧基化石墨烯的绿色生产方法，其特征在于，所述溶剂为水、乙二醇、N，N
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二...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春丽，蒋炎，张荣耀，邵筱珏，马宏明，陈润，
申请(专利权)人：常州恒利宝纳米新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：