一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于將石墨剝離為石墨烯的剝離液。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種具有良好柔性、電性能的二維材料。需要補(bǔ)充的是，嚴(yán)格意義上說(shuō)，石墨烯是一種單層的片狀；不過(guò)由于單層石墨烯的制備難度，一般也把具有相近性能的寡層石墨烯也歸類于石墨烯的范疇內(nèi)。
[0003]目前，石墨烯制備的方法主要有:化學(xué)生長(zhǎng)法和物理剝離法。相比于效率低、不適合于工業(yè)化批量生產(chǎn)的化學(xué)生長(zhǎng)法，物理剝離法主要是采用低廉的石墨為原料，通過(guò)對(duì)石墨晶體施加機(jī)械力使石墨層間發(fā)生剝離，打破石墨層間的范德華力，形成單片石墨烯或寡層石墨烯，這種物理剝離方法更具有工業(yè)化前景和適合規(guī)?；a(chǎn)。
[0004]在石墨烯剝離過(guò)程中，需要加入一些助劑，以增加石墨的層間間距或是所謂的插層，從而使石墨更好地剝離。如采用硝酸、高錳酸鉀、三氧化鉻或過(guò)氧化氫作為氧化劑，濃硫酸作為插層劑，在石墨層間或邊緣引入羥基、環(huán)氧基團(tuán)和羧基等含氧基團(tuán)，增大了石墨層間距，利于后續(xù)石墨層間剝離。但是這種化學(xué)物質(zhì)插層工藝耗酸量大，生產(chǎn)過(guò)程中有S0x、N0x等有害氣體或重金屬離子的污染，產(chǎn)品中有硫殘留，最終得到的石墨烯易產(chǎn)生缺陷，并且在應(yīng)用中對(duì)設(shè)備有腐蝕，降低了設(shè)備的使用壽命，增加了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該剝離液配合機(jī)械研磨，可以有效地剝離石墨，且對(duì)石墨烯的結(jié)構(gòu)破壞小。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟:
51.將純度在98%以上，粒徑為30~500μ m石墨鱗片和剝離液按照1:2?5的重量比注入帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:
醇類溶劑100份、
聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50?80份、
橡膠粉0.5?5份、
水溶性鹽0.5?5份；
其中，各組份以其重量份數(shù)計(jì)；
52.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為50°C~80°C，壓力為I?3atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1000-2000 rpm/min,反應(yīng)時(shí)間 3 ?6h ;
53.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將上層懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品; 54.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000?6000 rpm/min,離心時(shí)間1min?2h,取上層清液,在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)濾得到濾餅；
55.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0007]優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述橡膠粉的粒徑為2?20微米。
[0008]優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述醇類溶劑為乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一種或多種。
[0009]優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的數(shù)均分子量大于100000。
[0010]優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述水溶性鹽為氟化鋰、氟化鈉、氯化鈉、氯化鋰中的一種。
[0011 ] 現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法通過(guò)采用特殊的剝離液用于石墨烯的剝離，該剝離液添加具有膠水粘性的聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物，使用該剝離液配合研磨或攪拌，可降低對(duì)研磨或攪拌速度的要求，無(wú)需對(duì)石墨片層超高速剪切即可實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯的剝離；配合具有高摩擦系數(shù)的橡膠粉，可以提高對(duì)石墨產(chǎn)生的剝離力；另外，體系中添加的水溶性鹽可以提高體系的導(dǎo)電性，避免剝離的石墨烯因?yàn)殪o電重新疊合在一起，特別是消除橡膠粉表面的靜電，使剝離后的石墨烯保持剝離后的分散狀態(tài)。該生產(chǎn)方法在剝離石墨烯的同時(shí)，不腐蝕設(shè)備，不損傷石墨烯結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0013]實(shí)施例1
本發(fā)明是一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟:
S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:乙醇100重量份數(shù)、聚丙烯酸酯50重量份數(shù)、氯丁膠粉0.5重量份數(shù)、氟化鋰2重量份數(shù)。其中，氯丁膠粉的粒徑為2?20微米；聚丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:50
[0014]S2.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為80°C，壓力為latm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為2000 rpm/min,反應(yīng)時(shí)間3h。
[0015]S3.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將上層懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初女口廣叩ο
[0016]S4.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000 rpm/min,離心時(shí)間2h,取上層清液,在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)濾得到濾餅。
[0017]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0018]實(shí)施例2
本發(fā)明是一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟:
S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:乙醇50重量份數(shù)、正丙醇50重量份數(shù)、聚氨酯改性丙烯酸酯80重量份數(shù)、丁苯膠粉5重量份數(shù)、氟化鈉5重量份數(shù)。其中，丁苯膠粉的粒徑為2?20微米；聚氨酯改性丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:2。
[0019]S2.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為50°C，壓力為3atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1000 rpm/min,反應(yīng)時(shí)間6h。
[0020]S3.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將上層懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初女口廣叩ο
[0021]S4.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為6000 rpm/min,離心時(shí)間1min,取上層清液,在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)濾得到濾餅。
[0022]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0023]實(shí)施例3
本發(fā)明是一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟:
S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:正丁醇40重量份數(shù)、丙二醇60重量份數(shù)、聚氨酯改性丙烯酸酯60重量份數(shù)、ABS膠粉2重量份數(shù)、氯化鈉0.5重量份數(shù)。其中，ABS膠粉的粒徑為2?20微米；聚氨酯改性丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:3。
[0024]S2.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為60°C，壓力為1.5atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1500 rpm/min,反應(yīng)時(shí)間4h。
[0025]S3.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將上層懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初女口廣叩ο
[0026]S4.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為4000 rpm/min,離心時(shí)間30min,取上層清液,在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)濾得到濾餅。
[0027]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0028]實(shí)施例4
本發(fā)明是一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟:
S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:松油醇100重量份數(shù)、聚丙烯酸酯70重量份數(shù)、丁基膠粉4重量份數(shù)、氯化鋰3重量份數(shù)。其中，丁基膠粉的粒徑為2?20微米；聚丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為 1:4。
[0029]S2.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為70°C，壓力為1.5atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1200 rpm/min,反應(yīng)時(shí)間5h。
[0030]S3.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將上層懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初女口廣叩ο
[0031]S4.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3000 rpm/min,離心時(shí)間Ih,取上層清液,在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)濾得到濾餅。
[0032]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 51.將純度在98%以上，粒徑為30~500μ m石墨鱗片和剝離液按照1:2?5的重量比注入帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為: 醇類溶劑100份、 聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物 50?80份、 橡膠粉0.5?5份、 水溶性鹽0.5?5份； 其中，各組份以其重量份數(shù)計(jì)； 52.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為50°C~80°C，壓力為I?3atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1000-2000 rpm/min,反應(yīng)時(shí)間 3 ?6h ; 53.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將上層懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品; 54.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000?6000 rpm/min,離心時(shí)間1min?2h,取上層清液,在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)濾得到濾餅； 55.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述橡膠粉的粒徑為2?20微米。3.如權(quán)利要求1所述的石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述醇類溶劑為乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一種或多種。4.如權(quán)利要求1所述的石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的數(shù)均分子量大于100000。5.如權(quán)利要求1所述的石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述水溶性鹽為氟化鋰、氟化鈉、氯化鈉、氯化鋰中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法，包括步驟：S1.將石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動(dòng)釜體的電機(jī)進(jìn)行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為醇類溶劑100份、聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50～80份、橡膠粉0.5～5份、水溶性鹽0.5～5份；S2.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為50℃~80℃，壓力為1～3atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1000~2000rpm/min，反應(yīng)時(shí)間3～6h；S3.停止反應(yīng)后將上層懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置；S4.將石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)離心，取上層清液真空過(guò)濾得到濾餅；S5.將濾餅洗滌冷凍干燥。該方法在剝離石墨烯同時(shí)，不腐蝕設(shè)備，不損傷石墨烯結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】C01B31/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105712336
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410711115
【發(fā)明人】戴加龍
【申請(qǐng)人】江陰碳谷科技有限公司