一種簡單環(huán)保的石墨烯紙制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及石墨烯紙的制備方法，是一種簡單環(huán)保的石墨烯紙制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種由碳原子以SP2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，自2004年被發(fā)現(xiàn)以來受到廣泛關(guān)注。石墨烯是目前最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎完全透明，只吸收2.3%的光，導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m.Κ，常溫下其電子迀移率超過15000cm2/V.s，電阻率只約1(Γ6Ω.cm，理論比表面積2630m2/g。石墨稀應(yīng)用范圍廣闊，由于其超薄和高強度的特性，可被廣泛應(yīng)用于超輕防彈衣、超薄超輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。由于其高傳導(dǎo)性、高比表面積，作為電極材料用于儲能器件中，如超級電容器、鋰離子電池等。
[0003]現(xiàn)階段制備石墨烯紙的方法大致分為兩種，一種是采用水合肼還原得到石墨烯分散液，再將其抽濾制備石墨烯紙，此方法石墨烯分散液濃度低，抽濾時間長，水合肼毒性大，不適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用；另一種是采用高溫或高溫通還原性氣氛還原氧化石墨烯紙，此方法對設(shè)備要求高，耗能高，生產(chǎn)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有制備石墨烯紙方法的制備時間長、耗能高、成本高，不易大規(guī)模生產(chǎn)及環(huán)境污染問題，提供一種過程簡單、環(huán)保的可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的石墨烯紙的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0006]一種簡單環(huán)保的石墨烯紙制備方法，該石墨烯紙制備方法的步驟包括:
[0007]步驟一，稱取石墨粉，按石墨粉與98%濃硫酸的固液比為lg:20mL?30mL稱取98%濃硫酸；
[0008]將稱取的98%濃硫酸加入容器中并置于冰浴環(huán)境，開啟攪拌，直至溫度為O?10°c時，依次加入稱取的石墨粉和高錳酸鉀，繼續(xù)攪拌2?4h，石墨粉與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:3?8 ;
[0009]將所述的容器置于水浴環(huán)境中，加熱溫度至15?25°C，繼續(xù)攪拌2?4h ;
[0010]按石墨粉與去離子水的固液比為lg:1OOmL?200mL稱取去離子水，加入所述的容器中，溫度升至90?95°C，繼續(xù)攪拌30?60min ；
[0011]按石墨粉與10?30%過氧化氫的固液比為lg:1OmL?30mL稱取10?30%過氧化氫，加入所述的容器中，繼續(xù)攪拌至產(chǎn)生氣泡，形成金黃色的混合液；
[0012]步驟二，將步驟一得到的金黃色混合液置于離心瓶中，放入離心機中，進行第一次離心，離心后，離心瓶中分成第一次上清液和第一次沉淀物，取出第一次的上清液，向第一次沉淀物中加入濃度為I?6%鹽酸，攪拌5?30min，進行第二次離心，此時，離心瓶中分成第二次上清液和第二次沉淀物，將第二次離心后的上清液取出，滴入I?5mol/L氯化鋇溶液，有白色硫酸鋇產(chǎn)生，說明第二次的上清液中有硫酸根存在；
[0013]向第二次的沉淀物中加入濃度為I?6%的稀鹽酸，攪拌5?30min，進行第三次離心，離心后，離心瓶中分成第三次上清液和第三次沉淀物，將第三次離心后的上清液取出，滴入I?5mol/L氯化鋇溶液，有白色硫酸鋇產(chǎn)生，說明第三次的上清液中有硫酸根存在；
[0014]向第三次的沉淀物中加入濃度為I?6%的稀鹽酸，攪拌5?30min，進行第四次離心，離心后，離心瓶中分成第四次上清液和第四次沉淀，將第四次離心后的上清液倒入容器中，滴入I?5mol/L氯化鋇溶液，有白色硫酸鋇產(chǎn)生，說明第四次的上清液中有硫酸根存在；
[0015]重復(fù)上述過程，直到?jīng)]有白色硫酸鋇產(chǎn)生，此時沉淀物為沒有硫酸根的沉淀物；
[0016]上述所使用的濃度為I?6%的稀鹽酸與步驟一中稱取的石墨粉的固液比為60?10mL:1g ；
[0017]步驟三，向步驟二中的沒有硫酸根的沉淀物中，加入去離子水，攪拌5?30min，進行第一次離心，保留第一次沒有硫酸根的沉淀物，加入去離子水，攪拌5?30min，進行第二次離心，保留第二次沒有硫酸根的沉淀物，用PH試紙測試，若試紙顯示酸性，繼續(xù)加入去離子水，攪拌5?30min，進行第三次離心，保留第三次沒有硫酸根的沉淀物，重復(fù)上述過程，直至離心后的上清液為中性，此時形成中性沉淀物；所用去離子水是按步驟一中與石墨粉的固液比為60?10mL:1g取用；
[0018]步驟四，向步驟三中得到的中性沉淀物中，加入去離子水，攪拌5?30min，倒入真空冷凍干燥機中進行凍干，得到氧化石墨烯粉末；加入的去離子水，按石墨粉與去離子水的固液比為Ig: 60?10mL取用；
[0019]步驟五，將步驟四中得到的氧化石墨烯粉末和去離子水，按lg:0.5L?2L的固液比混合，超聲I?5h，得到氧化石墨烯分散液；
[0020]步驟六，向步驟五得到的氧化石墨烯分散液中，加入抗壞血酸，升溫至40?60°C，保溫時間為0.5?4h，降溫冷凍，冷凍溫度為-10?-3°C，冷凍時間為6?12h，將溫度升至70?90°C，保溫時間為0.5?4h，降溫后超聲10?30min，形成石墨稀的懸池液；加入的抗壞血酸按氧化石墨烯粉末與抗壞血酸質(zhì)量比1:0.5?4取用；
[0021]步驟七，將步驟六的石墨烯的懸濁液用0.22?0.45 μm的濾膜抽濾后，浸泡于去離子水中12?24h，烘干后，將濾餅從濾膜上剝離，濾餅即為石墨烯紙。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]本發(fā)明中采用加熱-冷凍-加熱的過程，第一次加熱使氧化石墨烯部分還原，經(jīng)過冷凍后部分還原的石墨烯形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，第二次加熱使部分還原的石墨烯進一步還原，提高石墨烯的性能。超聲將網(wǎng)狀石墨烯打散形成石墨烯懸濁液，抽濾時間比用水合肼還原的石墨烯分散液短。氧化石墨烯采用抗壞血酸還原，工藝和原料成本低而且對環(huán)境污染小。
【附圖說明】
[0024]圖1石墨烯透射電鏡照片。
[0025]圖2石墨烯拉曼光譜。
[0026]圖3石墨烯紙照片。
[0027]圖4石墨烯紙截面掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合實例進一步說明本發(fā)明。
[0029]實施例一
[0030]步驟一，將98%濃硫酸10mL加入玻璃容器并置于冰浴環(huán)境中，開啟攪拌，直至溫度為0°C時，依次加入石墨粉5g和高錳酸鉀15g，繼續(xù)攪拌2h ;
[0031]將所述的玻璃容器置于水浴環(huán)境中，加熱至15°C，繼續(xù)攪拌2h ;
[0032]加入去離子水500mL，將溫度升至90 °C，繼續(xù)攪拌30min，加入10%過氧化氫50mL，繼續(xù)攪拌至產(chǎn)生氣泡，形成金黃色的混合液；
[0033]步驟二，將步驟一得到的金黃色混合液置于離心管中，放入離心機中，進行第一次離心，離心后，離心管中分成第一次上清液和第一次沉淀物，倒出第一次的上清液，向第一次沉淀物中加入濃度為1%鹽酸300mL，攪拌5min ；
[0034]進行第二次離心，離心后，離心管中分成第二次上清液和第二次沉淀物，將第二次離心后的上清液倒入容器中，滴入lmol/L氯化鋇溶液，有白色硫酸鋇產(chǎn)生，說明第二次的上清液中有硫酸根存在；
[0035]向第二次的沉淀物中加入濃度為1%的鹽酸300mL，攪拌5min，進行第三次離心，離心后，離心管中分成第三次上清液和第三次沉淀物，將第三次離心后的上清液倒入容器中，滴入lmol/L氯化鋇溶液，有白色硫酸鋇產(chǎn)生，說明第三次的上清液中有硫酸根存在；
[0036]向第三次的沉淀物中加入濃度為1%的鹽酸300mL，攪拌5min，進行第四次離心，離心后，離心管