本发明专利技术为一种制备氧化石墨烯的方法，包括以下步骤：a)将浓无机酸加入密封反应器中，在搅拌下，加入石墨粉，然后降温至0～4℃，再加入高锰酸钾，反应0.5～2h；b)将上面得到的反应体系加热至60～70℃，放置12～24h；c)按体积比蒸馏水∶双氧水＝10∶1的比例向蒸馏水中加入双氧水，冻至冰块状，将氧化石墨转移到含有双氧水的蒸馏水中，至冰块完全溶解，搅拌均匀后抽滤，洗涤、干燥，得到氧化石墨烯。本发明专利技术采用石墨粉、浓酸和高锰酸钾为原料，原料成本低廉易得；防止了NO、NO2等有毒气体的产生；反应温度较低，60～70℃的条件即可；产品具有很好的染料吸附能力，工业应用价值大。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种采用溶剂热法在低温下制备氧化石墨烯的方法，属于功能材料制备
技术介绍
石墨烯是碳原子紧密堆积成的单层蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是一种二维晶体，是构建其他维数碳质材料(如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨)的基本单元。 石墨烯的理论研究已有60多年的历史，但一直以来，人们普遍认为这种严格的二维晶体结构由于热力学不稳定性而难以独立稳定存在。直到2004年，英国曼彻斯特大学的研究组利用胶带剥离高定向石墨的方法获得了独立存在的二维石墨烯晶体，为二维体系的实验研究提供了广阔的空间。目前石墨烯的制备方法有机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、外延生长法、电化学法、氧化石墨还原法等，其中机械剥离法得到的石墨烯片量少，随机性大；CVD方法和外延生长法大多以SiC作为基底，成本高，可控性差；电化学方法得到的石墨烯量较少，不易控制。氧化石墨还原法是通过在石墨表面引入含氧官能团，增大层间距，从而减小层之间的范德华力，然后通过超声等方法改变其杂化状态，再通过还原得到石墨烯。氧化石墨还原法以其低成本的优点成为目前使用最广泛的方法之一，目前氧化石墨烯的制备方法主要是 Hummers 方法(Hummers, W. S. &0ffeman, R. Ε. Preparation of graphitic oxide. J. Am. Chem. Soc. 80，1339(1958))。该方法在敞开体系中，需要在制备氧化石墨烯的过程中采用先降温，再分两步升温的三步法，以及冷凝回流等辅助设备，过程中需要精确控制反应温度且温度高达98°C，制备出来的氧化石墨烯还需要长时间超声，步骤繁琐，产物的浓度较低，不适合大量生产。中国专利CN102225754A公开了一种采用密封釜制备氧化石墨烯的方法，原料中采用了硝酸盐，反应温度为80-130°C，反应过程中会产生NO和NO2等有毒气体，降低了反应过程的安全性，不适合工业生产。本专利技术采用溶剂热法在低温下制备氧化石墨烯，样品可以用于有机染料的吸附， 也可以直接进行还原，得到石墨烯。样品含有丰富的含氧官能团，且产量较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用溶剂热法制备氧化石墨烯的方法，这种方法温度较低，操作简便，节约能源，制备的氧化石墨烯具有易溶于水等溶剂的特点，产量较大。本专利技术条件温和，合成设备简单，重现性好，为氧化石墨烯的大量生产提供了可能。为达到上述目的，本专利技术采用石墨粉为原料，浓硫酸或浓硫酸与浓磷酸的混合酸为插层剂，高锰酸钾为氧化剂。实验方法通过改变氧化剂与石墨粉的比例和反应时间，获得不同氧化程度的氧化石墨烯材料。本专利技术的技术方案为，包括以下步骤a)将浓无机酸加入密封反应器中，在搅拌下，加入石墨粉，然后降温至0 4°C，再加入高锰酸钾，反应ο. 5 浊；其中，物料配比为23ml浓无机酸/Ig石墨粉，质量比石墨粉高锰酸钾=1 4 6 ；b)将上面得到的反应体系加热至60 70°C，密封放置12 Mh ；C)按体积比蒸馏水中双氧水=10 1的比例向蒸馏水中加入双氧水，冻至冰块状，将氧化石墨转移到含有双氧水的蒸馏水中，Ig石墨对应IOOml的蒸馏水，至冰块完全溶解，搅拌均勻后抽滤，分别用5 %的HC1、蒸馏水、乙醇洗涤氧化石墨烯至无硫酸根，并呈中性，将产品在50°C下干燥他，最后得到氧化石墨烯。所述的浓无机酸为浓硫酸和浓磷酸中的一种或两种。所述的双氧水为质量百分比30%的双氧水。本专利技术的优点1、采用石墨粉、浓硫酸和高锰酸钾为原料，原料成本低廉易得。2、目前采用密封釜制备氧化石墨烯的方法中采用硝酸盐为氧化剂，本专利技术的原料中不采用硝酸盐，防止了 NO、NO2等有毒气体的产生。3、在密封釜中制备氧化石墨烯，制备方法简单，操作方便，可通过调节氧化剂的比例和氧化时间来调节氧化石墨烯的氧化程度。随氧化剂比例的增大，氧化时间的增长，氧化石墨烯的层间距最大可至9. 71A。4、反应温度较低，60 70°C的条件下就能得到层间距为9. 71 A的氧化石墨烯，远远小于目前专利采用的80-130°C，节约能源，得到的氧化石墨烯含有丰富的含氧官能团，并适合大量氧化石墨烯的制备。5、制备的氧化石墨烯具有很好的染料吸附能力，在常温下对20mg/l亚甲基蓝溶液的最大吸附量能达到199. ang/g，具有工业应用价值。附图说明图1为实施例1、2、3、4、5制备的氧化石墨烯的XRD2 (a)为实施例1未干燥氧化石墨烯固体的显微镜照片；(b)为实施例1未干燥的氧化石墨烯溶于水形成的胶体溶液的照片；图3为实施例1干燥后氧化石墨烯的SEM图。具体实施例方式实施例1 量取23ml浓硫酸(质量分数为98% )，加入到50ml的不锈钢反应釜的聚四氟乙烯内衬中，在磁子搅拌的条件下混合均勻后，加入Ig石墨粉，在冰水浴的条件下降温至0 4°C，加入6g高锰酸钾，时间控制在lh，将样品搅拌均勻。将釜密封后，放入70°C 恒温箱中，放置Mh，完成石墨氧化，样品呈淡紫色。按IOOml蒸馏水中加入IOml质量百分比30%的双氧水，降温冻至冰块状。将氧化石墨转移到冻成冰块的含有双氧水的蒸馏水混合物中，待其完全溶解后(样品呈亮黄色)， 搅拌均勻后用砂芯漏斗抽滤。用5%的HC1、蒸馏水、乙醇依次洗涤氧化石墨至用氯化钡溶液检测无硫酸根，并呈中性。将样品放入50°C鼓风干燥箱中干燥他。得到1.2g氧化石墨烯。石墨粉(Graphite)的X射线特征衍射峰(图1曲线a)分别为2 θ = 26. 55° (002) 和2Θ = 54. 70° (004)，代表石墨粉的层间距为3. 35Α。随着氧化剂的作用，石墨粉的特征衍射峰越来越不明显，而氧化石墨烯的特征衍射峰越来越明显，而且衍射角越来越小，图1 样品的X射线衍射图谱中，曲线b代表实施例1样品的谱图，由图可知石墨的特征峰已经消失，这说明石墨粉的晶型结构已经被破坏。氧化石墨烯的衍射峰变强，说明体状石墨变成了尺寸较小、较薄的碳层(纳米级别)，且结晶度降低。这时氧化石墨烯的层间距为9. 71 A，较 Hummers TjIb^SC8. 00 A) (Daniela C. Marcano et. al. Improved synthesisof graphene oxide ACS Nano. 20104(8) :4806-14)其层间距也有明显增大，说明密封釜制备的氧化石墨烯的氧化程度更高。如图加为未干燥的氧化石墨烯的显微镜照片，表明得到的氧化石墨烯为亮黄色固体，与T Chen, Baoqing kng等对氧化石墨烯的描述一致 (Journal of physics ；2009,188 :012051)。图2b为实施例1得到的未干燥的氧化石墨烯溶于水形成的胶体溶液稀释成浓度为0. 05mg/l时的照片。如图3为干燥后的氧化石墨烯的SEM图，从图上可以看出，氧化石墨烯成片层结构，较松散，在其边缘部分有明显褶皱。该样品对20mg/l的亚甲基蓝溶液的最大吸附量为199. 2mg/go实施例2 其他实验步骤同实施例1，仅改变高锰酸钾的量，加入高锰酸钾的质量为5g，石墨粉与高锰酸钾的质量比为1 5，图1中曲线c为该样品的X射线衍射图谱，由图可知石墨粉的特征衍射峰已经不明显，计算所得本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：靳倩倩，任铁真，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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