一種氧化石墨烯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化石墨烯的制備方法；它包括，使用硫酸作為溶劑、發(fā)煙硝酸或硝酸鹽作為氧化劑對石墨原料進行初步氧化，然后分批加入高錳酸鉀，在一定溫度下完成石墨的深度氧化與剝離，再使用水對反應進行初步淬滅，最后加入30%過氧化氫水溶液對反應進行深度淬滅，干燥得到氧化石墨烯；本發(fā)明的有益效果：制備過程簡單，制備溫度低，反應條件易于控制，能夠大量制備等優(yōu)點?？梢缘玫疆a品質量穩(wěn)定，沒有附著物，片徑大小均一，具有一致性，易分散的氧化石墨烯。
【專利說明】一種氧化石墨烯的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化石墨烯【技術領域】，尤其涉及一種氧化石墨烯的制備方法。
【背景技術】
[0002]氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，其顏色為棕黃色。氧化石墨烯薄片是石墨粉末經化學氧化及剝離后的產物。氧化石墨烯是單一的原子層，可以隨時在橫向尺寸上擴展到數十微米，因此，其結構跨越了一般化學和材料科學的典型尺度。氧化石墨烯可視為一種非傳統(tǒng)型態(tài)的軟性材料，具有聚合物、膠體、薄膜，以及兩性分子的特性。
[0003]化學法制備氧化石墨烯成本低廉且生產效率較高，現(xiàn)成為工業(yè)生產制備氧化石墨烯的最佳方法。但是目前的方法在產品質量控制，反應條件控制上存在著種種的不足之處。 本發(fā)明目前解決了這些問題，為制備高質量的氧化石墨烯提供了一個反應控制條件簡單， 產品質量穩(wěn)定而且能夠大量制備的方法。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種氧化石墨烯的制備方法，它具有制備過程簡單，制備溫度低，反應條件易于控制，適于工業(yè)化生產等優(yōu)點。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]一種氧化石墨烯的制備方法，以98%硫酸作為溶劑、86%發(fā)煙硝酸或硝酸鹽作為氧化劑，石墨與硫酸的質量比為1:75-2:225，石墨與硝酸鹽的質量比為3:1— 1:2，對石墨進行初步氧化；然后分6— 24次加入高錳酸鉀，石墨與高錳酸鉀的質量比為5:1— 1:3，在 20— 45°C下完成石墨的深度氧化與剝離；再用水對反應進行初步淬滅，石墨與水的質量比為1:50— 1:87 ;最后加入質量分數為30%過氧化氫水溶液對反應進行深度淬滅,過氧化氫水溶液與石墨質量比為3:4—9:2，得到氧化石墨烯。
[0007]所述硝酸鹽，為硝酸鈉或硝酸鉀。
`[0008]所述石墨，為粒度48— 10000目的天然鱗片石墨或人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨。
[0009]所述石墨初步氧化，其反應條件為，機械攪拌轉速為60—200rpm，加料完畢后恒溫反應溫度為30— 35°C，反應時間為2— 8小時。
[0010]所述石墨深度氧化，其反應條件為，機械攪拌轉速為60—200rpm，加入高錳酸鉀期間控制溫度小于15°C，加料完畢后恒溫反應溫度為20— 45°C，反應時間為70—160小時。
[0011]所述反應初步淬滅，其反應條件為，機械攪拌轉速為60—200rpm，加入水期間控制溫度小于60°C，加料完畢后恒溫反應溫度為70— 90°C，反應時間為2— 6小時。
[0012]所述反應深度淬滅，其反應條件為，機械攪拌轉速為60—200rpm，加入過氧化氫水溶液期間控制溫度小于60°C，加料完畢后恒溫反應溫度為50— 60°C，反應時間為4一 14小時。
[0013]本發(fā)明還提供一種根據上述方法制備的氧化石墨烯。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明方法制備過程簡單，制備溫度低，反應條件易于控制，適于工業(yè)化生產等優(yōu)點，制備的氧化石墨烯產品質量穩(wěn)定、無附著物、片徑大小均一、易在多種有機試劑中分散。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例1制備的氧化石墨烯與乙醇混合膠體；
[0016]圖2為本發(fā)明實施例1制備的氧化石墨烯的掃描電子顯微鏡照片。
[0017]圖3為本發(fā)明實施例1制備的X射線衍射圖譜。
[0018]其中，圖3中，1.人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨X射線衍射圖譜，2.本發(fā)明實施例1制備的氧化石墨烯的石墨X射線衍射圖譜。
【具體實施方式】。
[0019]實施例1:
[0020]在5L四口圓底燒瓶上加裝機械攪拌、空氣冷凝管、玻璃塞、干燥管、溫度計。加入人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨40g，硝酸鈉15g，98%硫酸3Kg，恒溫反應溫度為30°C，機械攪拌轉數調節(jié)為80rpm,反應2小時；分批加入高猛酸鉀60g (每批加料質量不得超過5g,加料間隔不得小于3分鐘)，加料期間控制反應溫度小于10°C，投料完畢后，自然升至25°C，恒溫反應144小時，由于反應液逐漸粘稠，需調節(jié)轉速恒定為80— 85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加2.5Kg蒸餾水至反應液中，調節(jié)轉速為100— 105rpm，嚴格控制滴加速度，加料期間控制反應液溫度不超過60°C，外浴開始加熱，控制反應液溫度升至80°C，調節(jié)轉速為100—105rpm，恒溫4小時；滴加30%雙氧水100g，控制滴加速度，加料期間反應液溫度不得超過60°C，調節(jié)轉速為100— 105rpm，投料完畢后，50°C恒溫攪拌14小時，停止攪拌，離心分離，加入3Kg蒸餾水，反復洗滌離心2次，干燥得到`氧化石墨烯。
[0021]結果如附圖所示，圖1為本發(fā)明實施例1制備的氧化石墨烯與乙醇的混合膠體，表明制備的氧化石墨烯在有機溶劑中分散性良好，且能夠穩(wěn)定存在；從圖2可知，本發(fā)明實施例I制備的氧化石墨烯無附著物、片徑大小均一。由圖3可知，石墨的強衍射峰在本發(fā)明實施例I制備的氧化石墨烯的X射線衍射圖譜中已經消失，說明本發(fā)明實施例1制備的氧化石墨烯充分剝離得到單層。
[0022]實施例2:
[0023]在5L四口圓底燒瓶上加裝機械攪拌、空氣冷凝管、玻璃塞、干燥管、溫度計。加入天然鱗片石墨石墨40g，濃硝酸27g，98%硫酸4Kg。恒溫應溫度為30°C，機械攪拌轉數調節(jié)為80rpm,反應6小時；分批加入高猛酸鉀30g (每批加料質量不得超過5g,加料間隔不得小于3分鐘)，加料期間控制反應溫度小于10°C，投料完畢后，自然升至30°C，恒溫反應72小時，由于反應液逐漸粘稠，需調節(jié)轉速恒定為80—85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加2Kg蒸餾水至反應液中，調節(jié)轉速為100— 105rpm，嚴格控制滴加速度，加料期間控制反應液溫度不超過60°C，外浴開始加熱，控制反應液溫度升至90°C，調節(jié)轉速為100— 105rpm，恒溫2小時；自然降溫至60°C，調節(jié)轉速為100— 105rpm，滴加30%雙氧水30g，控制滴加速度，加料期間反應液溫度不得超過60°C，停止外部加熱，調節(jié)轉速為100— 105rpm，投料完畢后，50°C恒溫攪拌4小時，停止攪拌，離心分離，加入3Kg蒸餾水，反復洗滌離心2次，干燥得到氧化石墨烯。[0024]實施例3:
[0025]在5L四口圓底燒瓶上加裝機械攪拌、空氣冷凝管、玻璃塞、干燥管、溫度計。加入天然鱗片石墨石墨40g，濃硝酸80g，98%硫酸4.5Kg。恒溫反應溫度為30°C，機械攪拌轉數調節(jié)為80rpm,反應6小時；分批加入高猛酸鉀120g (每批加料質量不得超過5g,加料間隔不得小于3分鐘)，加料期間控制反應溫度小于10°C，投料完畢后，自然升至30°C，恒溫反應72小時，由于反應液逐漸粘稠，需調節(jié)轉速恒定為80— 85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加
3.4Kg蒸餾水至反應液中，調節(jié)轉速為100— 105rpm，嚴格控制滴加速度，加料期間反應液溫度不超過60°C，外浴開始加熱，控制反應液溫度升至90°C，調節(jié)轉速為100— 105rpm,恒溫6小時；自然降溫至60°C，調節(jié)轉速為100— 105rpm，滴加30%雙氧水180g，控制滴加速度，反應液溫度不得超過60°C，停止外部加熱，調節(jié)轉速為100— 105rpm,投料完畢后，60°C 恒溫攪拌12小時，停止攪拌，離心分離，加入3Kg蒸餾水，反復洗滌離心2次，干燥得到氧化石墨烯。
[0026]實施例4:
[0027]在5L四口圓底燒瓶上加裝機械攪拌、空氣冷凝管、玻璃塞、干燥管、溫度計。加入人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨40g，硝酸鉀27g，98%硫酸4Kg。恒溫反應溫度為30°C，機械攪拌轉數調節(jié)為80rpm，反應6小時；控制反應溫度小于10°C，分批加入高錳酸鉀120g，(每批加料質量不得超過5g，加料間隔不得小于3分鐘)投料完畢后，自然升至30°C，恒溫反應96小時，由于反應液逐漸粘稠，需調節(jié)轉速恒定為80— 85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加2.5Kg蒸餾水至反應液中，調節(jié)轉速為100— 105rpm，嚴格控制滴加速度，加料期間控制反應液溫度不超過60°C，外浴開始加熱，控制反應液溫度升至70°C，調節(jié)轉速為100— 105rpm，恒溫4小時；自然降溫至60°C，調節(jié)轉速為100— 105rpm，滴加30%雙氧水50g，控制滴加速度，反應液溫度不得超過60°C，停止外部加熱，調節(jié)轉速為100— 105rpm，投料完畢后，60°C恒溫攪拌8小時，停止攪拌，離心分離，加入3Kg蒸餾水，反復洗滌離心2次，干燥得到氧化石墨烯。
[0028]實施例5:
[0029]在100L單層玻璃反應釜內，放入人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨500g，硝酸鈉377g，98% 硫酸36Kg。恒溫反應溫度為30°C，機械攪拌轉數調節(jié)為SOrpm，在該條件下，反應14小時； 控制反應溫度小于10°C，分批加入高錳酸鉀2.25Kg (每批加料質量不得超過100g，加料間隔不得小于5分鐘)，投料完畢后，自然升至30°C，恒溫反應144小時，由于反應液逐漸粘稠， 需調節(jié)轉速恒定為80— 85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加28Kg蒸餾水至反應液中，調節(jié)`轉速為100— 105rpm，嚴格控制滴加速度，加料期間控制反應液溫度不超過70°C，反應器外浴開始加熱，控制反應液溫度升至90°C，調節(jié)轉速為100— 105rpm，恒溫2.5小時；自然降溫至 600C，調節(jié)轉速為100— 105rpm,滴加30%雙氧水1.6Kg，控制滴加速度，反應液溫度不得超過60°C。停止外部加熱，調節(jié)轉速為100— 105rpm，投料完畢后，60°C恒溫攪拌12小時，停止攪拌，離心分離，加入30Kg蒸餾水，反復洗滌離心2次，干燥得到氧化石墨烯。
[0030]上述雖然對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，以98%硫酸作為溶劑、86%發(fā)煙硝酸或硝酸鹽作為氧化劑，石墨與硫酸的質量比為1:75-2:225，石墨與硝酸鹽的質量比為3:1— 1:2，對石墨進行初步氧化；然后分6 — 24次加入高錳酸鉀，石墨與高錳酸鉀的質量比為5:1—1:3，在20— 45°C下完成石墨的深度氧化與剝離；再用水對反應進行初步淬滅，石墨與水的質量比為1:50— 1:87 ;最后加入質量分數為30%過氧化氫水溶液對反應進行深度淬滅,過氧化氫水溶液與石墨質量比為3:4— 9: 2，得到氧化石墨烯。
2.如權利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述硝酸鹽為硝酸鈉或硝酸鉀。
3.如權利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述石墨為粒度48—10000目的天然鱗片石墨或人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨。
4.如權利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述石墨初步氧化，其反應條件為，機械攪拌轉速為60— 200rpm，反應溫度為15_30°C，反應時間為2—8小時。
5.如權利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述石墨深度氧化，其反應條件為，機械攪拌轉速為60— 200rpm，加入高錳酸鉀期間控制溫度小于15°C，加料完畢后恒溫反應溫度為20— 45°C，反應時間為70—160小時。
6.如權利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述反應初步淬滅，其反應條件為，機械攪拌轉速為60—200rpm,加入水期間控制溫度小于60°C,加料完畢后恒溫反應溫度為70— 90°C，反應時間為2— 6小時。
7.如權利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述反應深度淬滅，其反應條件為，機械攪拌轉速為60— 200rpm，加入過氧化氫水溶液期間控制溫度小于60°C，加料完畢后恒溫反應溫度為50— `60°C，反應時間為4一 14小時。
8.如權利要求1至7任一項所述的方法制備的氧化石墨烯。
【文檔編號】C01B31/04GK103496690SQ201310416137
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】張文, 曹全福, 景海偉, 史振國 申請人:山東聊城魯西化工集團有限責任公司