本发明专利技术为一种高氧化程度高分散性氧化石墨的制备方法，该方法包括以下步骤：将浓度为98%的浓硫酸置于反应容器中，再向反应容器中加入天然鳞片石墨和硝酸钠并搅拌反应4-72小时；然后加入高锰酸钾并搅拌至黏稠，置于30-50℃的条件下加热反应1-8小时；再加入去离子水，于70-90℃温度下加热反应0.5-5小时；反应结束后再次加入去离子水，最后加入质量百分含量为30%的双氧水至溶液变为金黄色；静置1-5分钟，抽滤，滤饼用去离子水溶解，再加入絮凝剂，沉降物过滤、洗涤至中性，真空干燥箱中50℃下干燥12-72小时即得氧化石墨。本发明专利技术原料成本低廉易得、操作简易、工艺简单、重现性好、产品质量高，碳氧比可达0.96。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
2004年，Novoselov等第一次用机械剥离法(Mechanical cleavage)获得单层和2层-3层石墨烯片层后，石墨烯就以其独特的优异性能引起了世界诸多学者的关注。石墨烯具有优良的导电，导热性以及力学性能，同时还具有很高的比表面积，具有广阔的应用前景。目前制备石墨烯的方法主要有机械剥离法，化学气象沉淀法，插层法和氧化还原法。其中氧化还原法以其较高的氧化程度，简单的操作逐渐成为制备石墨烯的主要方法。由石墨制备氧化石墨是制备石墨烯的关键步骤。目前较为常见的制备氧化石墨的方法主要以下几种Bordie法、Saudenmaier法和Hummers法。Bordie法采用浓硝酸体系，以高氯酸盐为氧化剂来制备氧化石墨，获得的氧化石墨的氧化程度较低，需进行多次氧化处理以提高氧化程度，反应时间相对较长，连续三次氧化处理后可获得氧化石墨。该法的优点是其氧化程度可利用氧化时间进行控制，合成的氧化石墨结构比较规整。但因采用高氯酸盐作氧化剂，危险性较大，且反应过程中会产生较多的有毒气体(Brodie B. C. Ueber das atomgewicht des graphites [J]. Ann.Chem. Phys, 1860，59:466 468)。Saudenmaier采用浓硫酸体系，高氯酸盐和发烟硝酸为氧化剂，氧化程度随反应时间的增加而增加，可通过控制反应时间来控制石墨的最终氧化程度。它的缺点是充分反应的时间较长，氧化程度较低，需进行多次氧化处理，一般氧化56小时后所得到产物的中才不出现石墨峰，(Staudenmaier L. Ber. Dtsch. Chem.Ges, 1898，31，1484.)。Hummers法采用浓硫酸+硝酸盐体系，以高锰酸钾为氧化剂，反应过程可分低温4 °C以下、中温35°C左右和高温100 °C以下反应三个阶段。该法的优点是用高锰酸盐代替高氯酸盐，提高了实验的安全性，减少了有毒气体的产生(Hummers ff. D, Offeman.J. R. E. Preparation of graphitic oxide [J]. J. Am. Chem. Soc, 1958，80 (6) : 1339)。氧化石墨还原制备石墨烯时，容易发生团聚，难以制得单层或少层石墨烯，解决这一问题的关键是提高氧化石墨的氧化程度，但是利用传统hu_er法制备的氧化石墨氧化程度不高，氧化石墨中碳氧比比较高，难以制备单层石墨烯。另外，氧化石墨在各个领域的应用首要问题是分散性，要达到在溶剂中具有良好的分散性，最主要是提高氧化石墨的氧化程度，传统方法制备的氧化石墨在溶剂中分散性差，也限制了氧化石墨的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对当前技术存在的氧化石墨氧化程度不高，在溶剂中分散性差的不足提供一种实验操作较简便，氧化程度高，分散性好的氧化石墨的制备方法，该方法采用延长低温反应时间，增加石墨预氧化过程，提高氧化石墨的氧化程度，后处理采用有机絮凝沉降大大缩短后处理时间，简便实验过程。本专利技术技术方案为 ，具体步骤如下 a.将浓度为98%的浓硫酸置于反应容器中，保持温度在-10°C-10°C，再向反应容器中加入天然鳞片石墨和硝酸钠并搅拌反应4-72小时； 物料配比为每I克天然鳞片石墨加入10-50ml的浓硫酸；每I克天然鳞片石墨加入O. 1-3 克的硝酸钠。所述天然鳞片石墨目数为100-500目； b.然后加入高锰酸钾并搅拌至黏稠，；每I克天然鳞片石墨加入1-10克的高锰酸钾； c.将步骤b的反应容器置于30-50°C的条件下加热反应1-8小时； d.加热反应结束后，向反应容器中加入去离子水，将反应容器置于70-90°C温度下加热反应O. 5-5小时；物料配比为每I克天然鳞片石墨对应加入20-80ml的去离子水； e.步骤d水浴加热反应结束后，持续搅拌，向反应容器中再次加入去离子水，最后加入质量百分含量为30%的双氧水至溶液变为金黄色；物料配比为每I克天然鳞片石墨对应加入100-300ml的去离子水；每I克天然鳞片石墨对应加入5_50ml的双氧水； f.步骤e得到的金黄色悬浮液静置1-5分钟，将反应容器中上层金黄色悬浮液抽滤，去除反应容器下层未氧化的黑色石墨； g.步骤f得到的滤饼用去离子水溶解，得到氧化石墨悬浮液，向氧化石墨悬浮液中加入絮凝剂，氧化石墨迅速沉降，将沉降物过滤、洗涤至中性，真空干燥箱中50°C下干燥12-72小时即得氧化石墨，物料配比为每I克天然鳞片石墨所制备的氧化石墨悬浮液中对应加入O. 05-2克的絮凝剂。所述的絮凝剂为四丁基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵，十四烷基三甲基溴化铵，十六烷基三甲基溴化铵，十八烷基三甲基溴化铵中的一种或几种； 本专利技术通过延长低温反应阶段的反应时间，增加石墨预氧化过程，得到的氧化石墨具有高氧化程度，由元素分析测试可得，由本专利技术制备的氧化石墨中，碳氧比为O. 96，远远低于传统方法制备所得的氧化石墨碳氧比2. 1-2. 9，说明本专利技术制得的氧化石墨中含氧官能团丰富，氧化程度高。相比于传统方法制备的氧化石墨只在少数溶剂中有较好分散，本专利技术制备的氧化石墨在多种溶剂中能够保持良好稳定的分散性，解决了由氧化石墨经还原制备石墨烯过程中，石墨烯容易在有机溶剂中团聚的问题，为大批量制备单层石墨烯提供了有利条件。同时为氧化石墨与各种材料进行复合提供了良好的条件。本专利技术通过絮凝沉降能将氧化石墨很容易从水分散系中分离出来，并且再加水洗涤时，也可以通过抽滤方式进行洗涤，大大缩短了氧化石墨制备过程后处理的时间，从而实现了石墨烯的快捷、简便制备。本专利技术的突出优点是原料成本低廉易得、操作简易、工艺简单、重现性好、产品质量高。由氧化石墨制备的石墨烯，可用于构筑纳米级的计算机芯片，太阳能电池电极和场效应晶体管等二维光电子元器件，具有极其重要的实际应用价值。附图说明图I为制备高氧化程度高分散性氧化石墨中絮凝沉降步骤的照片，其中a为制备的金黄色氧化石墨水溶液；b为加入絮凝剂后氧化石墨沉降的照片。图2为制得的氧化石墨在各种溶剂中的分散图。图3为制得的氧化石墨和石墨粉的X射线衍射光谱图。图4为制得的氧化石墨的傅里叶变换红外谱图。具体实施例方式下面结合具体实施案例对本专利技术做进一步说明。 实施例I 利用兴和325目鳞片石墨制备高分散性氧化石墨的方法包括以下制备步骤 1.将烧杯放入冰盐浴中，待烧杯中温度降为_4°C后，称取I克双兴325目鳞片石墨粉，加入到烧杯中，取23ml质量百分比浓度为98%的浓硫酸缓缓加入到烧杯中，然后再加入O. 5克硝酸盐，硝酸盐为硝酸钠，放入磁子； 2.设定搅拌速度为300转/分钟，在-4°C下搅拌反应24小时； 3.低温反应结束后，撤去冰盐浴，将烧杯浸泡在水浴中，搅拌速度为500转/分钟。称取3克高锰酸钾并在5-10分钟内缓慢加入到浓硫酸石墨粉溶液中，水浴温度升至35°C反应4小时，直至溶液变粘稠； 4.中温反应结束后，向烧杯中缓慢加入46ml去离子水，去离子水在2-8分钟内加完，同时将水浴温度升至90°C，搅拌速度为500转/分钟，搅拌反应30分钟； 5.高温反应结束后，关闭水浴加热，搅拌速度为500转/分钟本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高氧化程度高分散性氧化石墨的制备方法，其特征为包括以下步骤：a．将浓度为98%的浓硫酸置于反应容器中，保持温度在？10℃？10℃，再向反应容器中加入天然鳞片石墨和硝酸钠并搅拌反应4？72小时；物料配比为：每1克天然鳞片石墨加入10？50ml的浓硫酸；每1克天然鳞片石墨加入0.1？3克的硝酸钠；b．然后加入高锰酸钾并搅拌至黏稠，；每1克天然鳞片石墨加入1？10克的高锰酸钾；c．将步骤b的反应容器置于30？50℃的条件下加热反应1？8小时；d．加热反应结束后，向反应容器中加入去离子水，将反应容器置于70？90℃温度下加热反应0.5？5小时；物料配比为：每1克天然鳞片石墨对应加入20？80ml的去离子水；e．步骤d水浴加热反应结束后，持续搅拌，向反应容器中再次加入去离子水，最后加入质量百分含量为30%的双氧水至溶液变为金黄色；物料配比为：每1克天然鳞片石墨对应加入100？300ml的去离子水；每1克天然鳞片石墨对应加入5？50ml的双氧水；f．步骤e得到的金黄色悬浮液静置1？5分钟，将反应容器中上层金黄色悬浮液抽滤，去除反应容器下层未氧化的黑色石墨；g．步骤f得到的滤饼用去离子水溶解，得到氧化石墨悬浮液，向氧化石墨悬浮液中加入絮凝剂，氧化石墨迅速沉降，将沉降物过滤、洗涤至中性，真空干燥箱中50℃下干燥12？72小时即得氧化石墨，物料配比为：每1克天然鳞片石墨所制备的氧化石墨悬浮液中对应加入0.05？2克的絮凝剂。...
【技术特征摘要】
1.一种高氧化程度高分散性氧化石墨的制备方法，其特征为包括以下步骤 a.将浓度为98%的浓硫酸置于反应容器中，保持温度在-10°C-10°C，再向反应容器中加入天然鳞片石墨和硝酸钠并搅拌反应4-72小时； 物料配比为每I克天然鳞片石墨加入10-50ml的浓硫酸；每I克天然鳞片石墨加入0. 1-3 克的硝酸钠； b.然后加入高锰酸钾并搅拌至黏稠，；每I克天然鳞片石墨加入1-10克的高锰酸钾； c.将步骤b的反应容器置于30-50°C的条件下加热反应1-8小时； d.加热反应结束后，向反应容器中加入去离子水，将反应容器置于70-90°C温度下加热反应0. 5-5小时；物料配比为每I克天然鳞片石墨对应加入20-80ml的去离子水； e.步骤d水浴加热反应结束后，持续搅拌，向反应容器中再次加入去离子水，最后加入质量百分含量为30%的双氧水至溶液变为金黄色；物料配比为每I克天...
【专利技术属性】
技术研发人员：王月欣，刘文骞，张倩，孟清，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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