一種制備石墨烯粉體的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可大規(guī)模制備高質(zhì)量石墨烯粉體的方法，其技術(shù)方案為：首先將石墨加入插層劑，形成石墨插層化合物；然后將石墨插層化合物置于耐高壓剝離反應(yīng)器內(nèi)，并加入膨脹劑進行高壓高速剝離，得到含基團的石墨烯；再將其還原制備得到石墨烯粉體。該制備石墨烯粉體的發(fā)明方法并具有生產(chǎn)設(shè)備簡單、工藝流程少、環(huán)保、適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢，制備得石墨烯粉體缺陷少、導(dǎo)電性好，適用于超級電容器、傳感器、海水淡化等應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說明】—種制備石墨烯粉體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種制備石墨烯粉體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，許多科學(xué)家都致力于石墨烯制備方法的研究，尤其是要制備出高質(zhì)量、產(chǎn)率高、成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的石墨烯的方法這就顯得尤為重要。目前制備石墨烯的方法主要有以下幾種:剝離法，包括微機械剝離法和溶劑剝離法等方法；生長法，包括晶體向外延生長、取向附生法、化學(xué)氣相沉積等方法；氧化還原石墨法，包括常用的Hummers法、Standenmaier法、Brodie法等；除此之外,還有電弧放電法、石墨層間化學(xué)物途徑法、碳納米管剝開法等。氧化還原石墨法具有簡單且多元化的工藝，是制備石墨烯的一種常用的方法，但是，這種方法只適用于實驗室少量制備用于研究，且大量制備容易產(chǎn)生大量的廢酸、廢水等，將引起環(huán)境的污染。因此，急需發(fā)展一種工藝簡單、對環(huán)境污染小、易規(guī)模化生產(chǎn)的石墨烯制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種大規(guī)模制備石墨烯粉體的方法，其技術(shù)方案包括以下步驟:
(1)將石墨加入插層劑的溶液中，均勻攪拌，得到石墨插層化合物；
(2)石墨插層化合物置于耐高壓剝離反應(yīng)器內(nèi)，并加入膨脹劑進行高壓高速剝離，得到含有基團的石墨烯；
(3)將含有基團的石墨烯進行還原處理，之后洗滌烘干，得到石墨烯粉體。
[0004]其中，步驟(1)中石墨與插層劑的質(zhì)量比為1:20-100:1，優(yōu)選10: f 30:1，插層劑為甲酸、乙酸、乙醇、丙醇、甲胺、乙胺、乙二胺中的任意一種或兩種以上的混合物，插層劑的濃度為f 120g/L。
[0005]其中，步驟(2)中耐高壓剝離反應(yīng)器為高速球磨機、高速攪拌反應(yīng)器、對輥磨機中的任意一種；所述耐高壓剝離反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速為600-6000轉(zhuǎn)/分鐘，球磨或攪拌的時間為2~72h。
[0006]其中，步驟(2)中膨脹劑為干冰、液氮、液氧、超臨界CO2中的任意一種或多種的混合物，膨脹劑與石墨的質(zhì)量比為1:50-100:1，優(yōu)先5:1-30:1 ;加入膨脹劑主要利用其氣化或液化過程中體積膨脹，釋放高壓，催進石墨插層化合物的膨脹，進而更有效的剝離。 [0007]其中，步驟(3)中還原處理為高溫還原或激光還原，高溫還原條件為:純氮氣條件下，還原溫度為300-900°C，反應(yīng)時間為0.5-24 h小時；激光還原的條件為:脈沖激光的波長范圍是150-400 nm，頻率大于2Hz，脈沖時間為ls_60 min。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)效果及優(yōu)點:制備的石墨烯粉體缺陷少、導(dǎo)電性好，生產(chǎn)設(shè)備簡單、工藝流程少，適合大規(guī)模生產(chǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]圖1為石墨烯粉體制備過程流程圖。
[0010]圖2為實施例1制備得石墨烯粉體的拉曼圖譜。
[0011]圖3為實施例2制備石墨烯粉體的透射電子顯微鏡(TEM)圖。
[0012]圖4為實施例2制備石墨烯粉體的原子力顯微鏡(AFM)圖。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明方法制備石墨烯粉體過程的流程圖如圖1所示，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明，但是所述實施例的說明，僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，其中大部分并不僅限于此。
[0014]實施例1
(1)稱取20g可膨脹石墨加入濃度為10g/L的200ml的乙醇溶液中，將其攪拌均勻，得到石墨插層乙醇化合物；
(2)將步驟(1)的石墨插層乙醇化合物置于高壓球磨機內(nèi)(球磨罐容積為2L)，并加入SOg干冰，在轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘條件下，剝離24小時，即得到含基團的石墨烯；
(3)將步驟(2)中含基團的石墨烯置于高溫管式爐，在600°C和N2氣氛條件下還原4小時，得到石墨烯，將其用去離子水洗滌5次，并放于80°C烘箱中烘干，得到石墨烯粉體。
[0015]將制備的石墨烯樣品進行拉曼光譜表征，其結(jié)果如圖2所示，由圖可知，D峰位于1361.94_\ G峰位于1605.93cm^處，說明利用此技術(shù)方案可生成石墨烯。
[0016]實施例2
(1)稱取15g可膨脹石墨加入濃度為80g/L的180ml的乙酸溶液中，將其攪拌均勻，得到石墨插層乙酸化合物；
(2)將步驟(1)的石墨插層乙酸化合物置于高速攪拌反應(yīng)器，并加入60g液氮，在轉(zhuǎn)速為18000轉(zhuǎn)/分鐘條件下，剝離24小時，即得到含基團的石墨烯；
(3)用波長為248nm的脈沖激光直接照射步驟(2)中含基團的石墨烯溶液2min，還原得到石墨烯，將石墨烯用乙醇洗滌3次，并放于80°C烘箱內(nèi)烘干，得到石墨烯粉體。
[0017]將制備的石墨稀樣品進彳丁 TEM和AFM表征，其結(jié)果分別如圖3和圖4所不，由圖可知，制備的石墨烯呈透明的薄紗狀結(jié)構(gòu)，并表面呈褶皺狀。
【權(quán)利要求】
1.一種制備石墨烯粉體的方法，包括以下步驟: (1)將石墨加入插層劑的溶液中，均勻攪拌，得到石墨插層化合物； (2)石墨插層化合物置于耐高壓剝離反應(yīng)器內(nèi)，并加入膨脹劑進行高壓高速剝離，得到含有基團的石墨烯； (3)將含有基團的石墨烯進行還原處理，之后洗滌、烘干，得到石墨烯粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備石墨烯粉體的方法，其特征在于:步驟(1)中石墨與插層劑的質(zhì)量比為1:20~100:1，優(yōu)選10:1~30:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備石墨烯粉體的方法，其特征在于:所述的插層劑為甲酸、乙酸、乙醇、丙醇、甲胺、乙胺、乙二胺中的任意一種或兩種以上的混合物；所述插層劑的濃度為f 120g/L。
4.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的一種制備石墨烯粉體的方法，其特征在于:所述的耐高壓剝離反應(yīng)器為高速球磨機、高速攪拌反應(yīng)器、對輥磨機中的任意一種；所述耐高壓剝離反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速為600-6000轉(zhuǎn)/分鐘，球磨或攪拌的時間為2~72h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備石墨烯粉體的方法，其特征在于:所述的膨脹劑為干冰、液氮、液氧、超臨界CO2中的任意一種或多種的混合物，膨脹劑與石墨的質(zhì)量比為1:50~100:1，優(yōu)先 5:1-30:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備石墨烯粉體的方法，其特征在于:所述的還原處理為高溫還原或激光還原。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種制備石墨烯粉體的方法，其特征在于:所述的高溫還原的條件為:純氮氣條件下，還原溫度為300-900°C，反應(yīng)時間為0.5-24 h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種制備石墨烯粉體的方法，其特征在于:所述的激光還原的條件為:脈沖激光的波長范圍是150-400 nm，頻率大于2Hz，脈沖時間為ls-60 min。
【文檔編號】C01B31/04GK103922331SQ201410173741
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】閔永剛, 宋建軍, 張樂樂, 楊文斌, 劉屹東 申請人:南京新月材料科技有限公司, 鹽城增材科技有限公司