【技术实现步骤摘要】
本申请涉及石墨烯制备的，具体的涉及一种氧化石墨烯的制备方法及其装置。
技术介绍
1、氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。目前现有技术常用的主要有三种制备氧化石墨的方法，分别如下：brodie法，staudenmaier法和hummers法。其中hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全，是目前最常用的一种。目前工厂规模化制备氧化石墨烯主要采用浓硫酸和高锰酸钾氧化石墨的手段，不仅所用的原料具有危险性，操作过程中要控制温度，而且消耗浓硫酸量大，产生的废酸量大，环境压力大；电化学氧化法主要是在浓硫酸中利用电流进行硫酸插层和在50％以上的硫酸中进行电化学氧化，制备过程慢，而且也涉及了浓硫酸，操作具有危险性。
2、因此，目前现有常见的氧化石墨烯的制备方法，一般会存在如下的不足：
3、1)化学法制备氧化石墨烯采用的高锰酸钾和浓硫酸都是易制毒、易制爆的管控化学品，不仅环境污染严重，而且制备过程中，存在高温、爆炸等风险，需要额外配冷却设备来控制氧化过程；
4、2)常规电化学制备氧化石墨烯方法中，常规电化学插层依然用浓硫酸，插层过程相对化学插层来说慢，而且原料通常也是预制好的石墨片，产业化放量受到限制；
5、3)金属氯化物插层石墨多采用两区法插层，石墨和金属氯化物分别放置在不同温区的熔融密闭的玻璃容器内，每次反应要碎掉一个玻璃容器，并且不一定能够很好的实现一阶插层。
6、基于此，本领域需要提供一种能够克服上述不足的氧化石墨烯的制备方法。
1、本申请针对现有技术的上述不足，提供一种不采用浓硫酸等易制毒、易制爆的管控化学品，并且不会损伤容器的氧化石墨烯的制备方法。
2、为了解决上述技术问题，本申请采用的技术方案为：一种氧化石墨烯的制备方法，该方法的步骤包括：
3、(1)首先将石墨和金属氯化物混合均匀之后置于聚四氟乙烯的耐高压反应釜中，密封严，然后在温度240-280℃下反应8-48h；进行插层反应以形成金属氯化物插层的一阶插层石墨；
4、(2)将步骤(1)制备的一阶插层石墨放置于在反应罐体中，在一阶插层石墨的上方压一层筛网以确保插层石墨片剥离前不易脱离电极；筛网和反应罐体与直流电源的正极接通，反应罐体中放入水，另取石墨电极或者惰性金属(如铂金等)插入水中，且其不与反应罐体和筛网直接接触、其连接直流电源的负极；然后正、负极通电进行电化学氧化剥离反应；
5、(3)当一阶插层石墨的电极完全氧化剥离完后，反复清洗去掉多余的氯离子和金属离子，即得到氧化石墨烯水溶液，干燥后得到氧化石墨烯。
6、进一步的，本申请步骤(1)所述的金属氯化物过量于所述的石墨；需要说明的是，当石墨和金属氯化物的重量比在1:2的时候是刚好不过量的，当大于1:2的时候是过量的。
7、更进一步的，本申请步骤(1)所述的石墨和金属氯化物的重量比为1:3-5。
8、进一步的，本申请步骤(1)所述的石墨为粒径大小满足10-500目的鳞片石墨。
9、进一步的，本申请步骤(1)所述的金属氯化物为氯化铁、氯化铜中的一种。
10、进一步的，本申请步骤(2)所述的一阶插层石墨放置于在金属或者石墨反应罐体中之前，对所述的一阶插层石墨进行高压压制处理。
11、更进一步的，本申请所述的高压压制处理为将一阶插层石墨置于18-25mpa压力下压制成片状材料。
12、进一步的，本申请步骤(2)所述的筛网的孔径大小满足5-400目；所述的反应罐体的材质为金属或者石墨材质。
13、进一步的，本申请步骤(2)所述的筛网满覆盖所述的一阶插层石墨。
14、进一步的，本申请步骤(2)所述的用于连接直流电源负极的石墨电极或者惰性金属(如铂金等)位于筛网的上方且与水接触。
15、进一步的，本申请步骤(2)所述的一阶插层石墨放置于金属反应罐体中时，对应覆盖的筛网为与金属反应罐体相同材质的筛网。
16、进一步的，本申请步骤(2)中当所述的反应罐体的材质为金属时，所述的金属为金属单质活性不高于三价铁离子的金属、均适应于本申请；具体的，所述的金属如可以为金和铂金中的任一种。
17、进一步的，本申请步骤(2)所述的一阶插层石墨放置于在石墨反应罐体中时，对应覆盖的筛网为与石墨反应罐体相同材质的筛网。
18、本申请还提供一种氧化石墨烯的制备方法过程所采用的电化学氧化剥离装置，该装置的结构包括：反应罐体(金属或者石墨反应罐体)，所述的反应罐体内放置有一阶插层石墨，所述的一阶插层石墨的上方覆盖有筛网，所述的反应罐体内容置有水，所述的水的上表面高于筛网的上表面；所述的筛网和反应罐体用于与电源正极连接；所述的反应罐体内还设置有石墨电极或者惰性金属(如铂金等)，所述的石墨电极或者惰性金属用于与电源负极连接，且所述的石墨电极或者惰性金属不与所述的筛网相接触。
19、进一步的，本申请所述的石墨电极或者惰性金属位于筛网横向延伸面的上方，且于反应罐体内居中设置。
20、本申请的优点和有益效果：
21、1.本申请首次以筛网和金属氯化物插层形成的一阶石墨作为正极来制备氧化石墨烯，因为金属氯化物插层形成的一阶插层石墨在水中结构稳定，可以在水中、空气中、80℃以下环境中长时间放置都不会发生脱插层现象，因此其更能适应更为宽泛的溶液环境进行电化学氧化；此外，更为重要的是在后续剥离反应过程金属氯化物插层的一阶插层石墨作为正极，其可以在水体中持续不断的释放电解质，因此剥离过程仅仅所需水即可，不需要额外增加电解质，而且插层石墨外层多余的金属氯化物也不需要洗掉，可以直接溶解到水中做电解质，氧化解离剥离后，后续层间金属氯化物也会逐层进入水中继续补充电解质，形成导电通路；因此插层中的金属氯化物可以随着剥离反应的进行实现逐层的缓释效果，可以不断的释放补充到水中形成导电通路，每剥离一层石墨，则释放一层氯化金属，因为在水中金属插层石墨也很稳定，所以剥一层释放一层，维持整个电化学氧化过程的稳定性，也更利于获得氧化石墨烯，提高其制备效率。
22、2.本申请在将一阶插层石墨通过筛网覆盖置于容器内和筛网整体作为电极，从而可以将插层石墨有效的固定住，未氧化剥离前很难脱离电极，保证电化学氧化更彻底；而剥离后形成的氧化石墨烯则呈现柔性，其可以通过筛网上的筛孔进入到水中分散，因此氧化完成度更好，有效避免了未氧化原料在电解水产生的气体作用下剥落，而导致氧化不充分；如果没有筛网，那么未氧化完全的待剥离的石墨就会进入水中，然后水中电解出的气体会对石墨进行剥离，而由于石墨未氧化完全，就会导致剥离后得到的氧化石墨的氧化不充分，而本申请筛网的设置有效的解决了上述技术问题。
23、3.本申请的技术方案是将化学插层和电化学氧化进行了有效的结合，其中采用的化学插层较现有的电化学插层而言，所需能量更低，效率更高，产量更高；而采用的电化学氧化相对于传统的化学本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：该方法的步骤包括：
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：步骤(1)所述的石墨和金属氯化物的重量比为1:3-5。
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：步骤(1)所述的石墨为粒径大小满足10-500目的鳞片石墨。
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：步骤(1)所述的金属氯化物为氯化铁、氯化铜中的一种。
5.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：步骤(2)所述的一阶插层石墨放置于反应罐体中之前，对所述的一阶插层石墨进行高压压制处理。
6.根据权利要求5所述的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述的高压压制处理为将一阶插层石墨置于18-25MPa压力下压制成片状材料。
7.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：步骤(2)所述的筛网的孔径大小满足5-400目；所述的反应罐体的材质为金属或者石墨材质。
8.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：步骤(2)所
9.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：步骤(2)所述的用于连接直流电源负极的石墨电极或者惰性金属位于筛网的上方且与水接触。
10.根据权利要求7所述的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的一阶插层石墨放置于在反应罐体中时，对应覆盖的筛网为与金属反应罐体相同材质的筛网；步骤(2)所述的一阶插层石墨放置于在石墨反应罐体中时，对应覆盖的筛网为与石墨反应罐体相同材质的筛网。
11.根据权利要求10所述的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：当所述的反应罐体的材质为金属时，所述的金属为金属单质活性不高于三价铁离子的金属。
12.一种权利要求1-11任一权利要求所述的氧化石墨烯的制备方法采用的电化学氧化剥离装置，其特征在于：该装置的结构包括反应罐体，所述的反应罐体内放置有一阶插层石墨，所述的一阶插层石墨的上方覆盖有筛网，所述的反应罐体内容置有水，所述的水的上表面高于筛网的上表面；所述的筛网和反应罐体用于与电源正极连接；所述的反应罐体内还设置有石墨电极或者惰性金属，所述的石墨电极或者惰性金属用于与电源的负极连接，且所述的石墨电极或者惰性金属不与所述的筛网相接触。
13.根据权利要求12所述的电化学氧化剥离装置，其特征在于：所述的石墨电极或者惰性金属位于筛网横向延伸面的上方，且于反应罐体内居中设置。
...【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：该方法的步骤包括：
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：步骤(1)所述的石墨和金属氯化物的重量比为1:3-5。
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：步骤(1)所述的石墨为粒径大小满足10-500目的鳞片石墨。
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：步骤(1)所述的金属氯化物为氯化铁、氯化铜中的一种。
5.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：步骤(2)所述的一阶插层石墨放置于反应罐体中之前，对所述的一阶插层石墨进行高压压制处理。
6.根据权利要求5所述的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：所述的高压压制处理为将一阶插层石墨置于18-25mpa压力下压制成片状材料。
7.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：步骤(2)所述的筛网的孔径大小满足5-400目；所述的反应罐体的材质为金属或者石墨材质。
8.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：步骤(2)所述的筛网满覆盖所述的一阶插层石墨。
9.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：步骤(2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭玉芬，朱文杰，张慧涛，刘跃文，秦子晨，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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