一種石墨烯高效剝離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨稀生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨稀剝離方法。
【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。需要補充的是，嚴格意義上說，石墨烯是一種單層的片狀；不過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:化學生長法和物理剝離法。相比于效率低、不適合于工業(yè)化批量生產(chǎn)的化學生長法，物理剝離法主要是采用低廉的石墨為原料，通過對石墨晶體施加機械力使石墨層間發(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)模化生產(chǎn)。
[0004]在石墨烯剝離方法中，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)氧基團和羧基等含氧基團，增大了石墨層間距，利于后續(xù)石墨層間剝離。但是這種化學物質(zhì)插層工藝耗酸量大，生產(chǎn)過程中有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，提供一種石墨烯高效剝離方法，該方法可以有效地剝離石墨，且對石墨烯的結(jié)構(gòu)破壞小。
[0006]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種石墨烯高效剝離方法，該方法包括以下步驟:
S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液按照1:2?5的重量比注入帶有攪拌器的釜體內(nèi)，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:
脂肪族羧酸溶劑100份、
纖維素或纖維素衍生物5?40份、
片狀金屬粉I?30份；
其中，各組份以其重量份數(shù)計。
[0007]S2.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)時間 3~6h ；
53.停止反應(yīng)后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品;
54.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨稀懸浮液輸送至離心機內(nèi)，離心機轉(zhuǎn)速為1000?6000 rpm/min,離心時間1min?2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
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。
[0008]優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述脂肪族含羧酸溶劑為醋酸、草酸、琥珀酸、3?甲基?丁酸中的一種或多種。
[0009]優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述片狀金屬粉為鋅粉、鎳粉、銀粉中的一種或多種。
[0010]進一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述片狀金屬粉的尺寸為3?10微米。
[0011]優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述纖維素或纖維素衍生物為甲基纖維素、乙基纖維素。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明石墨烯高效剝離方法通過采用特殊的剝離液用于石墨烯的剝離，該剝離液中采用片狀金屬粉作為研磨介質(zhì)，可以在石墨片層上產(chǎn)生均勻的剝離力；片狀金屬粉配合可以滲透到石墨片層中的脂肪族羧酸溶劑與纖維素或纖維素衍生物，通過脂肪族羧酸溶劑與纖維素或纖維素衍生物之間形成氫鍵，在研磨產(chǎn)生的熱量或者通過外加熱的方式使氫鍵破壞，從而對石墨層產(chǎn)生沖擊力，通過內(nèi)外夾擊，有效地促進石墨烯的剝離。該剝離方法在剝離石墨烯的同時，不腐蝕設(shè)備，不損傷石墨烯結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0014]實施例1
本發(fā)明是一種石墨烯高效剝離方法，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)，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:3?甲基?丁酸100重量份數(shù)、甲基纖維素5重量份數(shù)、片狀鋅粉I重量份數(shù)。片狀鋅粉的尺寸為3?10微米。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:5。
[0015]S2.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為50°C，壓力為latm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1000 rpm/min，反應(yīng)時間6h ；
53.停止反應(yīng)后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品;
54.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨稀懸浮液輸送至離心機內(nèi)，離心機轉(zhuǎn)速為3000rpm/min，離心時間20min，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
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。
[0016]實施例2
本發(fā)明是一種石墨烯高效剝離方法，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)，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:草酸100重量份數(shù)、乙基纖維素10重量份數(shù)、片狀鎳粉10重量份數(shù)。片狀鎳粉的尺寸為3?10微米。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:4。
[0017]S2.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為80°C，壓力為3atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為2000 rpm/min,反應(yīng)時間3h ；
53.停止反應(yīng)后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品;
54.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨稀懸浮液輸送至離心機內(nèi)，離心機轉(zhuǎn)速為2000rpm/min，離心時間lh，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
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。
[0018]實施例3
本發(fā)明是一種石墨烯高效剝離方法，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)，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:琥珀酸100重量份數(shù)、乙基纖維素20重量份數(shù)、片狀銀粉20重量份數(shù)。片狀銀粉的尺寸為3?10微米。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:3。
[0019]S2.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為60°C，壓力為2atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1500 rpm/min,反應(yīng)時間5h ；
53.停止反應(yīng)后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品;
54.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨稀懸浮液輸送至離心機內(nèi)，離心機轉(zhuǎn)速為1000rpm/min，離心時間2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
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。
[0020]實施例4
本發(fā)明是一種石墨烯高效剝離方法，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)，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:醋酸100重量份數(shù)、甲基纖維素40重量份數(shù)、片狀銀粉10重量份數(shù)、片狀鎳粉20份。片狀銀粉和片狀鎳粉的尺寸為3?10微米。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:2。
[0021]S2.加熱釜體，保持釜體內(nèi)溫度為70°C，壓力為2.5atm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為1800 rpm/min,反應(yīng)時間4h ；
53.停止反應(yīng)后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品;
54.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨稀懸浮液輸送至離心機內(nèi)，離心機轉(zhuǎn)速為6000rpm/min，離心時間lOmin，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
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。
[0022]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，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和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種石墨烯高效剝離方法，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)，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為: 脂肪族羧酸溶劑100份、 纖維素或纖維素衍生物5?40份、 片狀金屬粉I?30份； 其中，各組份以其重量份數(shù)計； 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)時間 3~6h ； 53.停止反應(yīng)后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品; 54.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨稀懸浮液輸送至離心機內(nèi)，離心機轉(zhuǎn)速為1000?6000 rpm/min,離心時間1min?2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅； 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所述的石墨烯高效剝離方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述脂肪族含羧酸溶劑為醋酸、草酸、琥珀酸、3?甲基?丁酸中的一種或多種。3.如權(quán)利要求1所述的石墨烯高效剝離方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述片狀金屬粉為鋅粉、鎳粉、銀粉中的一種或多種。4.如權(quán)利要求3所述的石墨烯高效剝離方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述片狀金屬粉的尺寸為3?10微米。5.如權(quán)利要求1所述的石墨烯高效剝離方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述纖維素或纖維素衍生物為甲基纖維素、乙基纖維素。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯高效剝離方法，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)，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為脂肪族羧酸溶劑100份、纖維素或纖維素衍生物5～40份、片狀金屬粉1～30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1000~2000 rpm/min，反應(yīng)時間3～6h；S3.停止反應(yīng)后將上層懸浮液排出至儲料罐內(nèi)靜置；S4.將石墨烯懸浮液輸送至離心機內(nèi)離心，離心后取上層清液，真空過濾得到濾餅；S5.將濾餅洗滌，冷凍干燥，即得到石墨烯產(chǎn)品。該剝離方法剝離石墨烯同時，不腐蝕設(shè)備，不損傷石墨烯結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105712341
【申請?zhí)枴緾N201410711479
【發(fā)明人】戴加龍
【申請人】江陰碳谷科技有限公司