一种氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种超细氧化石墨烯/硫酸钡复合材料的制备工艺及应用，属于纳米复合材料领域，其特征在于，包括如下步骤：以预处理的氧化石墨烯废硫酸、预制的碳酸钡浆料为原料，将所述碳酸钡浆料、废硫酸分别经管道输送至反应釜中，且碳酸钡浆料以连续滴下的方式加入其中，废硫酸以喷雾的形式喷淋在碳酸钡/废水浆料液滴上，控制反应釜内物料的pH和温度；反应结束后陈化；陈化完成的物料经过滤，得到氧化石墨烯/硫酸钡复合材料；本发明专利技术以石墨烯废酸废水为原料，获得吸油值更小的硫酸钡复合材料，变废为宝，增加了硫酸钡在下游领域应用中的添加量，提高了硫酸钡在下游体系中与氧化石墨烯共混时的均匀性。混时的均匀性。混时的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺及应用


[0001]本专利技术涉及纳米复合材料领域，具体涉及一种氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺及应用。

技术介绍

[0002]硫酸钡是一种重要的无机化工产品，由于价格低、原料广、无毒性，广泛用于油漆、颜料、涂料、油墨、蓄电池、造纸、塑料、橡胶、陶瓷、搪瓷、香料等行业。
[0003]普通硫酸钡用作填充剂仅起增容、降低成本的作用，不同微观形貌的硫酸钡，应用于不同领域时，又有各自的优势。而超细硫酸钡除了起到上述作用外，还具有补强作用，用超细硫酸钡制成的涂料，附着力远远高于普通硫酸钡制成的涂料，用于汽车底盘防石击涂料、航空航天领域专用涂料等。其中，超细硫酸钡的研制方法倍受瞩目，为制备超细硫酸钡，通常的方法是通过撞击流反应器进行，并结合加入助剂的条件下，制备出粒径范围为纳米级、亚微米级、微米级的球形硫酸钡。
[0004]现在硫酸钡作为填料使用，由于其吸油值较大，限制了其在涂料中的添加量。这是由于填料吸油值较大，其吸收体系溶剂的能力越强，因此在同等添加量下，吸油值大的填料会使体系粘度大于吸油值小的。然而涂料对其流动性、可涂覆性均有较高要求，因此为了保证体系的粘度等性质，对于吸油值大的填料势必要限定其添加量。
[0005]近年来由于石墨烯的优异性能也被广泛应用到防腐或其他功能性涂料中，当石墨烯、超细硫酸钡同作为原料来制备相应涂料时，现有的方法一般都是通过单独添加石墨烯、硫酸钡以及其他原料的方式进行使用，由于石墨烯自身易团聚的性能，这就容易造成各组分在混合过程中存在混合不均匀等问题。而现有技术中为了改善这种状况，往往采取在原料中增添助分散剂的方法，这样虽然能一定程度上改善上述状况，但是由于引入了其他物质，往往会对涂料的原有性能造成一定的负面影响。而且在制备纳米复合材料的工艺中，现有技术往往需要通过控制工艺条件来控制制粒的粒径大小，这种工艺条件较难控制，容易导致所致颗粒粒径差别较大。
[0006]石墨烯的制备通常以石墨为原料，先制备氧化石墨烯，再经还原得到石墨烯，其工序为：投料氧化（需要大量硫酸提供酸性环境）、稀释还原、固液分离（得到氧化石墨烯固料及大量稀硫酸）、酸洗（对所得的氧化石墨烯固料进行洗涤，产生大量酸性废水）。
[0007]上述工艺下会产生大量的废酸废水，以生产1吨的普通氧化石墨烯为例，其生产过程中可同时产生100吨的含有氧化石墨烯的稀硫酸（浓度20 %
‑
60 %）及300吨的含氯废水，稀硫酸、废水量巨大。产生的稀硫酸中除含有SO
42
‑
外还含有大量的氧化石墨烯、K
+
、Mn
2+
；废水中含有Cl
‑
、少量SO
42
‑
、K
+
、Mn
2+
。不仅造成环境的污染，污水排放压力大，制造企业不得不将上述酸、废水输送至废水处理公司进行处理，产生大量的环保费用，而且浪费了大量的物料，造成资源的浪费。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术中所存在的上述问题提供了一种超细氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺及应用，其要解决技术问题在于：以石墨烯废酸废水为原料，获得一种吸油值更小的硫酸钡的复合材料，不仅变废为宝，而且增加了硫酸钡在下游领域应用中的添加量，以及提高了硫酸钡在下游体系中与氧化石墨烯共混时分散的均匀性。
[0009]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供一种超细氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：以预处理的氧化石墨烯废硫酸、预制的碳酸钡浆料为原料，将所述碳酸钡浆料、废硫酸分别经管道输送至反应釜中，投料混合过程中同时开启搅拌，控制反应釜内物料的pH和温度，反应一段时间；反应结束后，置于5
‑
90℃ 下进行陈化0.5
‑
24 h；陈化过程中极小的颗粒会经历溶解
‑
再生长的过程，使产品粒径趋于均匀；陈化完成的物料经过滤，得到氧化石墨烯与纳米硫酸钡的质量比在1：100000
‑
1：100的氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料，其粒径在10nm
‑
10μm。
[0010]更进一步的，氧化石墨烯废硫酸的预处理方法为：以制备氧化石墨烯得到的反应后的混合料为原料，选用通量为0.1
‑
20 L/m2·
s的滤布进行过滤，得到滤液；将滤液进行超声处理，控制其中氧化石墨烯的粒径在1 nm
‑
50μm；得到含有氧化石墨烯的废硫酸。
[0011]进一步的，所述含有氧化石墨烯的废硫酸中氧化石墨烯的含量为0.1 ppm
‑
1 %。
[0012]进一步的，所述滤液含有氧化石墨烯、硫酸、硫酸钾、硫酸锰。
[0013]其中，滤液中硫酸、硫酸钾、硫酸锰的含量分别在5
‑
80 %、1
‑
15 %、5ppm
ꢀ‑
10 %。
[0014]所述超声处理采用超声棒、超声机组、槽式超声设备中的一种或2种以上联用。
[0015]进一步的，预制碳酸钡浆料的方法为：取一定质量的碳酸钡，加入至制备氧化石墨烯过程中产生的洗涤废水中，充分分散,制备成固含10
‑
70 %的碳酸钡/废水浆料。
[0016]更进一步的，所述洗涤废水中含有盐酸、硫酸、硫酸钾、硫酸锰、水溶性高分子、氧化石墨烯。
[0017]其中，所述充分分散方式为机械搅拌、砂磨机、球磨机、高速搅拌机中的一种或几种。
[0018]进一步的，所述反应釜内pH控制在1
‑
6.5。
[0019]进一步的，所述反应釜内温度控制在5
‑
90℃。
[0020]第二方面，本专利技术提供一种上述制备工艺的应用，其特征在于，应用于制备含有石墨烯和超细硫酸钡的下游产品，具体为，首先采用上述制备工艺制备出超细氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料，然后再与下游产品所需的其他组分共混，制得下游产品，如防腐涂料等。
[0021]本专利技术的有益效果是：1.本专利技术的工艺制备的超细氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料，相比硫酸钡本体，作为硫酸钡的一种改性手段，得到复合材料的粒径更小，吸油值更小，使得改性后的硫酸钡在下游领域应用中的添加量更大。而在粘度一定的情况下，吸油值小的填料的填充量更高，涂料成本更低。
[0022]2.本专利技术的工艺条件可控性佳，具体体现在：采用本制备工艺能够实现通过调整氧化石墨烯的粒径来调控复合材料的粒径，这对于制备纳米材料领域具有指导性意义；这是由于硫酸钡的生长会以体系中的氧化石墨烯为晶核，先在其表面生长。不同尺寸氧化石墨烯的存在为沉淀硫酸钡的生长提供晶核，晶核丰富可促进超细硫酸钡的产生，减少大颗粒硫酸钡的生成。若溶液中氧化石墨烯粒径小、浓度大，则晶核多，即硫酸钡的生长点多，如此硫酸钡的粒径也更小。反之，硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：以预处理的氧化石墨烯废硫酸、预制的碳酸钡浆料为原料，将所述碳酸钡浆料、废硫酸分别经管道输送至反应釜中，投料混合过程中同时开启搅拌，控制反应釜内物料的pH和温度，反应一段时间；反应结束后陈化；陈化完成的物料经过滤，得到氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺，其特征在于，氧化石墨烯废硫酸的预处理方法为：以制备氧化石墨烯得到的反应后的混合料为原料，选用通量为0.1
‑
20 L/m2·
s的滤布进行过滤，得到滤液；将滤液进行超声处理，控制其中氧化石墨烯的粒径在1 nm
‑
50μm；得到含有氧化石墨烯的废硫酸。3.根据权利要求2所述的氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺，其特征在于，所述含有氧化石墨烯的废硫酸中氧化石墨烯的含量为0.1 ppm
‑
1 %。4.根据权利要求2所述的氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺，其特征在于，氧化石墨烯废硫酸中的硫酸含量在5%
‑
80%。5.根据权利要求2所述的氧化石墨烯/纳米硫酸钡复合材料的制备工艺，其特征在于，所述超声处理采用超声棒、超声机组、槽式超声设备中的一种或两种以上联用。6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/纳米硫酸钡...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋肖肖，侯士峰，王文文，刘太峥，刘同浩，曹昂，公维杰，李鹏飞，
申请(专利权)人：山东金利特新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：