一種制備石墨烯粉末的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種制備石墨締粉末的方法。
【背景技術】
[0002] 作為一種新型的納米碳材料，石墨締因具有獨特的二維結構，優異的導電性能，較 高的機械性能及較高的比表面積，近年來在在電子學、光學、磁學、生物醫學、催化、儲能和 傳感器等諸多領域展現出具有巨大的應用潛能，引起了科學界和產業界的高度關注。目前 制備石墨締的方法很多，包括機械分離法，外延生長法，氣相沉積法W及氧化還原法等。然 而，氧化還原法是目前被認為最有望產業化的工藝之一。氧化還原法是將鱗片石墨在溶液 中經氧化、剝離得到分散性良好的氧化石墨締溶液，后經還原脫氧而制備石墨締的方法。
[0003] 采用公知技術Hummer法可W大規模制備含有大量硫酸及金屬離子的氧化石墨締 混合溶液。然而，由于氧化石墨締表面含有豐富的含氧官能團，其具有極強的親水性，可W 在水中完全分散，運給氧化石墨締的分離與純化帶來了很大的不便。通常，繁瑣、高耗能的 離屯、分離工藝與低效、高廢水排放的透析技術被技術人員廣為采用；上述制備方法也亟待 改進。
【發明內容】
[0004] 為了克服現有技術存在的不足，本發明提供一種可W有利于工業化、大批量的制 備，且工藝過程簡單方便易操作的、可實現資源的節約的制備石墨締粉末的方法。
[0005] 本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：
[0006] -種制備石墨締粉末的方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0007] (1)鱗片石墨的氧化與剝離：W天然鱗片石墨為原料，采用hummer法得到氧化石墨 母液，將該母液置于超聲波中分散實現剝離，得到氧化石墨締酸性分散液；
[000引（2)中和及固-液分離：向步驟（1)得到的氧化石墨締酸性分散液中加入堿性物質 調節溶液至中性，然后向其緩慢加入有機溶液，待沉淀物完全析出后過濾，得到濾餅;所述 堿性物質為氨氧化鐘、氨氧化鋼和/或碳酸鋼;所述的有機溶液中有機溶劑的質量百分比濃 度為90%-100%，水的質量百分比濃度為0-10%，所述的有機溶劑為可W與水任意比例互 溶的溶劑；
[0009] (3)高溫熱處理，將步驟(2)得到的濾餅，置于保護氣氛下，500~700°C下得到黑色 固體，經洗涂除雜、干燥后得到石墨締粉末。
[0010] 本發明具體的實施過程包括如下步驟：
[0011] (1)鱗片石墨的氧化與剝離，W天然鱗片石墨為原料，采用公知技術hummer法得到 氧化石墨母液，將該母液置于超聲波中分散2~4小時，實現剝離，得到氧化石墨締分散液；
[0012] (2)氧化石墨締分散液的中和及固-液分離，向步驟（1)得到的氧化石墨締酸性分 散液中加入堿性物質氨氧化鐘、氨氧化鋼和/或碳酸鋼調節溶液pH值到7,然后向其緩慢加 入酒精溶液，待溶質完全析出后進行過濾，得到棟黃色濾餅。
[0013] (3)高溫熱處理，將步驟(2)得到的濾餅，置于保護氣氛下，加熱到500~700°C保溫 1~化，得到黑色固體；
[0014] 除雜，將步驟(3)得到的固體置于去離子水中，攬拌，經多次洗涂脫除石墨締表面 的雜質后，進行固液分離，后經干燥，得到石墨締粉末。
[0015] 所述的步驟(2)中所述調節溶液至中性的調節過程伴隨著機械攬拌。
[0016] 所述的步驟（2)所述的有機溶劑為可W與水任意比例互溶的溶劑，如醇類、醒類 等;本發明的有機溶劑優選為甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、丙酬、甲醒或乙醒。
[0017]所述的步驟(3)中所述的保護氣氛為出、Ar-出和C0氣氛中的一種或幾種組合。
[0018] 本發明優選用去離子水洗涂次數不低于3次。
[0019] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于:解決了現有hummer法工藝制備石墨締 過程中存在的氧化石墨難過濾、難洗涂的問題，從根本上提高了石墨締的制備效率，本發明 不需要像傳統的氧化石墨締處理工藝在離屯、洗涂和透析過程中需要消耗大量的水來進行 二次稀釋或提高透析膜兩側的濃度差。與傳統工藝相比，發明人在研究中發現將得到的氧 化石墨締酸性分散液在氨氧化鋼、氨氧化鐘和/或碳酸鋼調節至溶液程中性后，再加入本發 明的有機溶液(如乙醇等）后，發現有大量的沉淀析出，在氧化石墨締表面原位成核并長大 沉淀物，很好的解決了氧化石墨因為有較強的親水性而導致無法有效分離的問題，本發明 技術可W在hummer法得到的母液中直接分離得到氧化石墨締前驅體沉淀物，再經水洗工藝 進行二者分離，大大降低了用水量。
【附圖說明】
[0020] 圖1為實施例1得到的石墨締的SEM圖，具有典型的二維片狀形貌。
[0021] 圖2為實施例1得到的石墨締的TEM圖，具有權皺形貌結構的石墨締清晰可見。
【具體實施方式】
[0022] 實施例1:
[0023] W天然鱗片石墨為原料，采用hummer法制備氧化石墨混合溶液，然后置于超聲清 洗儀中超聲處理2小時，攬拌過程中加入固體氨氧化鋼調節溶液pH值到7,然后緩慢加入濃 度為95 %的乙醇溶液，待不再析出沉淀后，將混合溶液過濾，得到棟黃色濾餅；
[0024] 將上述得到的濾餅置于氨氣氣氛爐中，于600°C并保溫化，取出經3次去離子水洗 涂、過濾、干燥后，得到石墨締粉末。
[0025] 實施例2:
[0026] W天然鱗片石墨為原料，采用hummer法制備氧化石墨混合溶液，然后置于超聲清 洗儀中超聲處理4小時，攬拌過程中加入固體碳酸鋼調節溶液pH值到7,然后緩慢加入濃度 為90 %的甲醇溶液，待不再析出沉淀后，將混合溶液過濾，得到棟黃色濾餅；
[0027] 將上述得到的濾餅置于氣氣氣氛爐中，于700°C并保溫化，取出經3次去離子水洗 涂、過濾、干燥后，得到石墨締粉末。
[0028] 對實施例1-實施例2制備的石墨締中的碳氧原子比例進行了 XPS表征，其結果如下 表：
[0029]
【主權項】
1. 一種制備石墨烯粉末的方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 鱗片石墨的氧化與剝離：以天然鱗片石墨為原料，采用hummer法得到氧化石墨母 液，將該母液置于超聲波中分散實現剝離，得到氧化石墨烯酸性分散液； (2) 中和及固-液分離：向步驟（1)得到的氧化石墨烯酸性分散液中加入堿性物質調節 溶液至中性，然后向其緩慢加入有機溶液，待沉淀物完全析出后過濾，得到濾餅;所述堿性 物質為氫氧化鉀、氫氧化鈉和/或碳酸鈉;所述的有機溶液中有機溶劑的質量百分比濃度為 90%-100%，水的質量百分比濃度為0-10%，所述的有機溶劑為可以與水任意比例互溶的 溶劑； (3) 高溫熱處理，將步驟（2)得到的濾餅，置于保護氣氛下，500~700°C下得到黑色固 體，經洗滌除雜、干燥后得到石墨烯粉末。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中調節溶液至中性過程伴隨著機 械攪拌。3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、乙 二醇、甘油、丙酮、甲醛或乙醛。4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中所述的保護氣氛為H2、Ar-H2和CO 氣氛中的一種或幾種組合。5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述洗滌過程中用去離子水洗滌次數不低 于3次。
【專利摘要】本發明提供了一種制備石墨烯粉末的方法，特別涉及一種規模化處理hummer法得到的氧化石墨酸性溶液制備石墨烯粉末的方法。該方法包括如下步驟：鱗片石墨的氧化與剝離；氧化石墨烯分散液的中和及固-液分離；高溫熱處理；除雜。本發明提供的石墨烯粉體的制備方法可解決采用hummer法制備石墨烯過程存在的過濾和洗滌兩大難題，該過程操作簡單、易于實現工業化。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105712345
【申請號】CN201610169418
【發明人】胡國榮, 彭忠東, 武開鵬, 杜柯, 曹雁冰
【申請人】中南大學