本發(fā)明涉及高分散復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，具體是一種具有功能填料的石墨烯/白炭黑復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

白炭黑即沉淀二氧化硅，是一種白色無毒、無定形微細(xì)粉狀物，具有多孔性、耐高溫、阻燃、質(zhì)輕及化學(xué)純度高等特征，以其優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性、觸變性在橡膠、涂料、塑料、油漆、白色顏料、紡織、造紙、農(nóng)藥、合成樹脂和食品添加劑等日用及化工工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

白炭黑的制備方法主要有沉淀法、氣相法。市場上最常用的是以沉淀法生產(chǎn)的白炭黑，該法生產(chǎn)成本較低，工藝簡單，但產(chǎn)品粒徑大、活性較低、比表面積小、產(chǎn)品品質(zhì)低等。

將石墨烯引入到白炭黑中，發(fā)揮兩者優(yōu)異的物理化學(xué)性能，制備高分散復(fù)合材料，目前尚屬空白。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提高沉淀法白炭黑的性能，實現(xiàn)廢料再利用，節(jié)省資源，本發(fā)明提出了一種石墨烯/白炭黑復(fù)合材料的制備方法，該方法無添加任何表面活性劑，得到分散效果更好、純度高、比表面積大和高催化活性的石墨烯/白炭黑復(fù)合材料，并且工藝簡單，成本低，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是：一種石墨烯/白炭黑復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟：

（1）取hummers法制備的含硫酸的氧化石墨烯溶液，加入純水，調(diào)節(jié)溶液的質(zhì)量濃度為0.01～2%，ph為2～5，攪拌均勻后，待用；

（2）按照泡花堿：氧化石墨烯為15～1：1的質(zhì)量比稱取泡花堿溶液，將其滴入步驟（1）的含硫酸的氧化石墨烯溶液中，攪拌均勻，再根據(jù)實際情況滴入硫酸，調(diào)節(jié)混合液的ph為4～7，繼續(xù)攪拌，超聲30min，待用；

（3）將步驟（2）得到的溶膠，經(jīng)過濾、離心工藝進(jìn)行固液分離，分離后的固體經(jīng)干燥處理后，得到石墨烯/白炭黑復(fù)合材料前驅(qū)物；

（4）將步驟（3）得到的前驅(qū)物經(jīng)煅燒處理，最終制得石墨烯/白炭黑復(fù)合材料。

上述技術(shù)方案，將石墨烯引入到白炭黑中，提高白炭黑的體積電導(dǎo)率，避免了材料在橡膠應(yīng)用過程中的靜電危害；石墨烯作為水性涂料添加劑，其片層的共軛結(jié)構(gòu)，在涂層中層層疊加形成致密的隔絕層，阻隔水分對涂膜的浸潤與滲透，石墨烯表面疏水特性加強(qiáng)了防水滲透拓寬、電化學(xué)防腐作用，拓寬涂料應(yīng)用。更為重要的是，石墨烯和白炭黑的相互穿插降低了兩者自身的團(tuán)聚，增加了材料的活性，同時擴(kuò)大了材料的比表面積，解決了hummers法生產(chǎn)石墨烯過程中廢酸廢水的處理問題，綠色環(huán)保，高效節(jié)能。

采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：

①由于石墨烯具有高比表面積，使白炭黑納米顆粒分散均勻，從而使其活性增加；同時能夠提高材料的比表面積，使材料具有更優(yōu)異的性能。材料中不含有其它雜質(zhì)，實現(xiàn)了廢料再利用，綠色環(huán)保。產(chǎn)品顆粒尺寸可控，且材料成本低廉，經(jīng)濟(jì)性價比高，制備工藝簡單，因此易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用；

②由于石墨烯/白炭黑復(fù)合材料綜合性能顯著增強(qiáng)，因此在橡膠、涂料等領(lǐng)域具有重要的意義。

進(jìn)一步的，本發(fā)明優(yōu)選方案是：

所述步驟（2）中泡花堿為硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰中的一種或幾種；

所述步驟（3）中離心分離工藝采用各型離心機(jī)、壓濾機(jī)，達(dá)到固液分離目的即可。

所述步驟（3）中干燥工藝分為：1）冷凍干燥條件為：凍干溫度維持在-50～30℃，凍干時間10～40h，真空度1～300pa；2）噴霧干燥條件為：進(jìn)口溫度為100～350℃，出口溫度為40～150℃，所使用的干燥介質(zhì)是熱空氣。

所述步驟（4）中煅燒工藝是在氬氫混合氣（95：5）保護(hù)條件下，升溫到300～600℃，保溫2～6h，反應(yīng)結(jié)束后，在氣體保護(hù)下降到室溫。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但實施例不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。

實施例1：

（1）取hummers法制備的含硫酸的氧化石墨烯溶液，加入純水，調(diào)節(jié)溶液的質(zhì)量濃度為1%，ph為2，攪拌均勻后，待用；

（2）按照泡花堿：氧化石墨烯為1：1的質(zhì)量比稱取泡花堿溶液，將其滴入步驟（1）的含硫酸的氧化石墨烯溶液中，攪拌均勻，混合液的ph為5，繼續(xù)攪拌，超聲30min，待用；

（1）取出步驟（2）反應(yīng)完成并冷卻后的混合液，經(jīng)過濾、離心工藝進(jìn)行固液分離，分離后的固體經(jīng)冷凍干燥處理后，得到石墨烯/白炭黑復(fù)合材料前驅(qū)物；

（2）將得到的前驅(qū)物在氬氫混合氣（95：5）保護(hù)條件下，升溫到400℃，保溫2h，反應(yīng)結(jié)束后，在氣體保護(hù)下降到室溫，最終制得石墨烯/白炭黑復(fù)合材料。

實施例2：

（1）取hummers法制備的含硫酸的氧化石墨烯溶液，加入純水，調(diào)節(jié)溶液的質(zhì)量濃度為0.01%，ph為5，攪拌均勻后，待用；

（2）按照泡花堿：氧化石墨烯為10：1的質(zhì)量比稱取泡花堿溶液，將其滴入步驟（1）的含硫酸的氧化石墨烯溶液中，攪拌均勻，再滴入硫酸溶液，直至混合液的ph為7為止，繼續(xù)攪拌，超聲30min，待用；

（3）取出步驟（2）反應(yīng)完成并冷卻后的混合液，經(jīng)過濾、離心工藝進(jìn)行固液分離，分離后的固體經(jīng)冷凍干燥處理后，得到石墨烯/白炭黑復(fù)合材料前驅(qū)物；

（4）將得到的前驅(qū)物在氬氫混合氣（95：5）保護(hù)條件下，升溫到600℃，保溫2h，反應(yīng)結(jié)束后，在氣體保護(hù)下降到室溫，最終制得石墨烯/白炭黑復(fù)合材料。

實施例3：

（1）取hummers法制備的含硫酸的氧化石墨烯溶液，加入純水，調(diào)節(jié)溶液的質(zhì)量濃度為0.01%，ph為5，攪拌均勻后，待用；

（2）按照泡花堿：氧化石墨烯為15：1的質(zhì)量比稱取泡花堿溶液，將其滴入步驟（1）的含硫酸的氧化石墨烯溶液中，攪拌均勻，再滴入硫酸溶液，直至混合液的ph為4為止，繼續(xù)攪拌，超聲30min，待用；

（3）取出步驟（2）反應(yīng)完成并冷卻后的混合液，經(jīng)過濾、離心工藝進(jìn)行固液分離，分離后的固體經(jīng)噴霧干燥處理后，得到石墨烯/白炭黑復(fù)合材料前驅(qū)物；

（4）將得到的前驅(qū)物在氬氫混合氣（95：5）保護(hù)條件下，升溫到300℃，保溫3h，反應(yīng)結(jié)束后，在氣體保護(hù)下降到室溫，最終制得石墨烯/白炭黑復(fù)合材料。

實施例4：

（1）取hummers法制備的含硫酸的氧化石墨烯溶液，加入純水，調(diào)節(jié)溶液的質(zhì)量濃度為0.05%，ph為4，攪拌均勻后，待用；

（2）按照泡花堿：氧化石墨烯為6：1的質(zhì)量比稱取泡花堿溶液，將其滴入步驟（1）的含硫酸的氧化石墨烯溶液中，攪拌均勻，再滴入硫酸溶液，直至混合液的ph為6為止，繼續(xù)攪拌，超聲30min，待用；

（3）取出步驟（2）反應(yīng)完成并冷卻后的混合液，經(jīng)過濾、離心工藝進(jìn)行固液分離，分離后的固體經(jīng)噴霧干燥處理后，得到石墨烯/白炭黑復(fù)合材料前驅(qū)物；

（4）將得到的前驅(qū)物在氬氫混合氣（95：5）保護(hù)條件下，升溫到500℃，保溫3h，反應(yīng)結(jié)束后，在氣體保護(hù)下降到室溫，最終制得石墨烯/白炭黑復(fù)合材料。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，盡管參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明作了詳細(xì)說明，對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明產(chǎn)品中各原料的等效替換、具體實施方式的變型等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。