一種氧化石墨高效分離純化的方法
【專利摘要】一種氧化石墨高效分離純化的方法是將合成出的氧化石墨原液通過分離除去清液，收集固體物料，在固體物料中加入混合有機溶劑配制成氧化石墨分散液，將分散液分離收集固體物料，用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到高純氧化石墨。本發(fā)明具有分離效率高，能耗低、簡單易行的優(yōu)點。
【專利說明】一種氧化石墨高效分離純化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化石墨高效分離純化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯具有優(yōu)異的力、熱、光、電性能，在鋰離子電池、超級電容器、催化和涂料等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯規(guī)模化可控制備是其商業(yè)化應(yīng)用的前提與基礎(chǔ)。目前，化學(xué)剝離法制備石墨烯具有原料易得、成本低廉、工藝成熟等優(yōu)點，已作為石墨烯批量化生產(chǎn)的主要技術(shù)路線之一。
[0003]對于氧化插層剝離法制備石墨烯工藝路線，中間體氧化石墨的純化是該工藝的限速環(huán)節(jié)，直接影響石墨烯產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品純度。目前，氧化石墨的純化工藝主要是用去離子水作為純化溶劑，該工藝遇到的最大的瓶頸是隨著氧化石墨水溶膠中H\ Na+、K+、Mn2+等離子濃度的降低，氧化石墨的溶脹現(xiàn)象更加嚴(yán)重，且其粘度劇烈增加，使得沉降、離心和過濾等純化工藝的生產(chǎn)效率急劇下降，并且氧化石墨固液分離效果也嚴(yán)重降低。
[0004]研究人員針對上述問題對此水洗純化工藝做了改進(jìn)，專利CN102145887B提供了一種采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~20%鹽酸溶液洗滌后，再使用18mol/L的硫酸=H2O2質(zhì)量比為:TlO:I的混合水溶液作為洗滌劑來純化氧化石墨烯。專利CN103153854A提供了一種用堿溶液處理氧化石墨及雜質(zhì)的 混合物的方法，使氧化石墨烯與堿化的雜質(zhì)分離。該方法中所使用的堿為第I族的金屬碳酸鹽、碳酸氫鹽、氫氧化物及金屬醇鹽等。CN103172056也提供了一種采用堿溶液處理氧化石墨分散液的方法。上述幾種方法均在一定程度上提升了氧化石墨的固液分離效率，但純化過程中會引入新的雜質(zhì)離子，用純化溶劑洗滌完成后需額外增加去離子水作為洗滌劑去除新引入的雜質(zhì)離子的步驟，這會增加整個純化過程的耗水量。另外，鹽酸作為洗滌劑引入的氯離子對于不銹鋼材質(zhì)的純化設(shè)備有腐蝕作用，堿溶液的加入對氧化石墨起到了還原作用，使得氧化石墨上的含氧官能團(tuán)數(shù)量減少了，這將影響氧化石墨的化學(xué)活性及其在催化等方面的應(yīng)用。
[0005]專利CN102626591A中提供了一種采用不同種單一有機溶劑作為純化劑洗滌氧化石墨，該法在很大程度上解決了氧化石墨在水溶液中的溶脹問題，一定程度上提升了氧化石墨懸浮液的固液分離效率，但是其固液分離效率還是較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述幾種純化溶劑帶來的不足之處，提供了一種固液分離效率高，能耗低、簡單易行的氧化石墨高效分離純化的方法。
[0007]本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為:
1)將合成出的氧化石墨原液通過沉降、離心或過濾方式除去清液，收集固體物料；
2)向收集到的固體物料中加入混合有機溶劑，使其均勻分散，配制成氧化石墨濃度為1- 20g/L的分散液，將分散液用沉降、離心或過濾方式除去清液，收集固體物料；
3)重復(fù)步驟2，直至清液的pH值達(dá)到5.5 — 6.5 ;4)用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到聞純氧化石墨；
其中，所用混合有機溶劑是由甲醇、乙醇、丙酮和二甲基甲酰胺組成，所含甲醇的體積比為0.5 — 98.5%，乙醇的體積比為0.5 — 98.5%，丙酮的體積比為0.5 — 98.5%，二甲基甲酰胺的體積比為0.5 — 98.5%。
[0008]本發(fā)明與目前所用的純化洗滌的工藝相比，本發(fā)明使用的純化劑為混合有機溶劑，溶劑分子極性小，與氧化石墨的分子間相互作用力較小，容易實現(xiàn)固液分離，且分離效率高。因此，解決了洗滌過程中氧化石墨的溶脹及其溶膠的粘度劇烈增加的問題，從而極大地改善了氧化石墨洗滌工藝中沉降時間長、離心分離效果差及過濾介質(zhì)表面堵塞等諸多狀況，該方法簡單易行，能耗低、生產(chǎn)效率高，滿足了批量化生產(chǎn)的需求。
【具體實施方式】[0009]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
對比例
1、將5L合成出的氧化石墨原液通過沉降的方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。
[0010]2、向收集的氧化石墨固體物料中加入50L乙醇，配制成濃度為lg/L分散液。將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。
[0011]3、重復(fù)4次步驟2，清液的pH值達(dá)到5.0。
[0012]4、用減壓蒸餾的方法將最終收集的固體漿料中的乙醇去除，得到氧化石墨的純度為 99.2%ο
[0013]實施例1
1.將5L合成出的氧化石墨原液通過離心的方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。
[0014]2.將收集的氧化石墨固體物料中加入5L混合有機溶劑,配制成濃度為10mg/mL分散液，將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。所用的混合有機溶劑的體積配比為甲醇50%，乙醇5%，丙酮40%，二甲基甲酰胺5%。
[0015]3.重復(fù)2步驟6次，直到清液的pH值達(dá)到5.6。
[0016]4.用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到氧化石墨的純度為99.45%。
[0017]實施例2
1.將5L合成出的氧化石墨原液通過過濾的方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。
[0018]2.將收集的氧化石墨固體物料中加入2.5L混合有機溶劑，配制成濃度為20g/L分散液，將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。所用的混合有機溶劑的體積配比為甲醇5%，乙醇94%，丙酮0.5%，二甲基甲酰胺0.5%。
[0019]3.重復(fù)2步驟8次，直到清液的pH值達(dá)到5.5。
[0020]4.用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到氧化石墨的純度為99.37%。
[0021]實施例3
1.將5L合成出的氧化石墨原液通過離心的方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。
[0022]2.將收集的氧化石墨固體物料中加入3L混合有機溶劑，配制成濃度為16.7g/L分散液，將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。所用的混合有機溶劑的體積配比為甲醇0.5%，乙醇10%，丙酮4.5%，二甲基甲酰胺85%。
[0023]3.重復(fù)2步驟7次，直到清液的pH值達(dá)到5.7。
[0024]4.用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到氧化石墨的純度為99.52%。
[0025]實施例4
1.將5L合成出的氧化石墨原液通過過濾的方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。
[0026]2.將收集的氧化石墨固體物料中加入IOL混合有機溶劑，配制成濃度為5g/L分散液，將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。所用的混合有機溶劑的體積配比為甲醇5%，乙醇80%，丙酮5%，二甲基甲酰胺10%。
[0027]3.重復(fù)2步驟5次，直到清液的pH值達(dá)到5.8。
[0028]4.用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到氧化石墨的純度為99.64%。
[0029]實施例5
1.將5L合成出的氧化石墨原液通過沉降的方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。
[0030]2.將收集的氧化石墨固體物料中加入20L混合有機溶劑，配制成濃度為2.5g/L分散液，將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。所用的混合有機溶劑的體積配比為甲醇98.5%，乙醇0.5%，丙酮0.5%，二甲基甲酰胺0.5%。
[0031]3.重復(fù)2步驟4次，直到清液的pH值達(dá)到5.9。
[0032]4.用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到氧化石墨的純度為99.71%。
[0033]實施例6
1.將5L合成出的氧化石墨原液通過離心的方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。
[0034]2.將收集的氧化石墨固體物料中加入20L混合有機溶劑，配制成濃度為2.5g/L分散液，將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。所用的混合有機溶劑的體積配比為甲醇0.5%，乙醇98.5%，丙酮0.5%，二甲基甲酰胺0.5%。
[0035]3.重復(fù)2步驟4次，直到清液的pH值達(dá)到5.9。
[0036]4.用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到氧化石墨的純度為99.72%。
[0037]實施例7
1.將5L合成出的氧化石墨原液通過過濾的方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。
[0038]2.將收集的氧化石墨固體物料中加入25L混合有機溶劑，配制成濃度為2g/L分散液，將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。所用的混合有機溶劑的體積配比為甲醇0.5%,乙醇0.5%,丙酮98.5%，二甲基甲酰胺0.5%ο
[0039]3.重復(fù)2步驟4次，直到清液的pH值達(dá)到6。
[0040]4.用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到氧化石墨的純度為99.95%。
[0041]實施例8
1.將5L合成出的氧化石墨原液通過離心方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。[0042]2.將收集的氧化石墨固體物料中加入12.5L混合有機溶劑，配制成濃度為4g/L分散液，將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。所用的混合有機溶劑的體積配比為甲醇0.5%，乙醇0.5%，丙酮0.5%，二甲基甲酰胺98.5%。
[0043]3.重復(fù)2步驟6次，直到清液的pH值達(dá)到5.8。
[0044]4.用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到氧化石墨的純度為99.65%。
[0045]實施例9
1.將5L合成出的氧化石墨原液通過過濾的方式除去清液，收集氧化石墨固體物料。
[0046]2.將收集的氧化石墨固體物料中加入4L混合有機溶劑，配制成濃度為12.5g/L分散液，將均勻分散液用離心的方式除去清液收集固體物料。所用的混合有機溶劑的體積配比為甲醇0.5%，乙醇9.5%，丙酮80%，二甲基甲酰胺10%。
[0047]3.重復(fù)2步驟8次，直到清液的pH值達(dá)到5.5。 [0048]4.用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到氧化石墨的純度為99.40%。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化石墨高效分離純化的方法，其特征在于包括如下步驟: 1)將合成出的氧化石墨原液通過沉降、離心或過濾方式除去清液，收集固體物料； 2)向收集到的固體物料中加入混合有機溶劑，使其均勻分散，配制成氧化石墨濃度為1- 20g/L的分散液，將分散液用沉降、離心或過濾方式除去清液，收集固體物料； 3)重復(fù)步驟2，直至清液的pH值達(dá)到5.5 — 6.5 ; 4)用減壓蒸餾或者冷凍干燥的方法將最終收集的固體漿料中的混合有機溶劑去除，得到聞純氧化石墨； 其中，所用混合有機溶劑是由甲醇、乙醇、丙酮和二甲基甲酰胺組成，所含甲醇的體積比為0.5 — 98.5%，乙醇的體積比為0.5 — 98.5%，丙酮的體積比為0.5 — 98.5%，二甲基甲酰胺的體積比為0.5 — 98.5%。
【文檔編號】C01B31/04GK103950921SQ201410164165
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】陳成猛, 賈蓉蓉, 王大力, 孔慶強, 蔡榕, 王煒, 蘇小威, 李元智 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所, 山西煤炭運銷集團(tuán)有限公司