專利名稱：一種基于綠色脫氧技術(shù)石墨烯制備方法
一種基于綠色脫氧技術(shù)石墨烯制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二維納米材料的制備方法，特別涉及一種基于綠色脫氧技術(shù)批量制備單層石墨烯的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是一種由碳原子緊密堆積構(gòu)成的二維晶體，是包括富勒烯、碳納米管、石墨在內(nèi)的碳的同素異形體的基本組成單元。石墨烯具有特殊的光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等特性，其具有室溫下半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)，量子遂穿效應(yīng)，高速的電子遷移率ζοοοοπ ν-、-1，高熱導(dǎo)率SOOOWnTt1和出色的力學(xué)性能(高模量1060GPa，高強(qiáng)度130GPa)。用這些特性石墨烯不僅能制各出具有特殊性能的納米電子學(xué)和自旋電子學(xué)元器件，而且利用其平面結(jié)構(gòu)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體光刻工藝進(jìn)行大規(guī)模集成納電子電路的設(shè)計(jì)，制作功能性復(fù)合材料、儲(chǔ)能材料、催化劑載體等方面有廣泛的應(yīng)用前景。但是石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是建立在對(duì)其大規(guī)模生產(chǎn)的基礎(chǔ)上的。因此國(guó)內(nèi)外大量科學(xué)家將研究重點(diǎn)放在石墨烯的工業(yè)化生產(chǎn)上。石墨烯最早由英國(guó)物理學(xué)家安德烈 海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫通過(guò)微機(jī)械剝離的方法成功制得，該方法最大的缺點(diǎn)是產(chǎn)量低。到目前石墨烯的制備方法可以分為4大類微機(jī)械剝離法，化學(xué)氣相沉積法，外延生長(zhǎng)法，制備膠體懸浮液法。但是由于石墨烯自身的疏水性，且在溶劑中的團(tuán)聚的性質(zhì)都對(duì)其制備產(chǎn)生了限制。在實(shí)驗(yàn)室性能研究中從生產(chǎn)周期短，且產(chǎn)量高的角度出發(fā)，國(guó)際上認(rèn)為制備膠體懸浮液法中的濕化學(xué)氧化-還原法有大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。濕化學(xué)氧化-還原法是指先將石墨原料氧化得到氧化石墨，通過(guò)剝離制得石墨烯氧化物，再還原的方法。常用的氧化方法只有三種Brodie，Maudenmaier或者Hummers，還原方法則研究較多，常用的還原方法有化學(xué)液相還原、等離子體法還原、熱還原、氫電弧放電剝離、光照還原、微波還原等，常用的是化學(xué)還原，水合胼、H2, NaBH4、維生素C、乙二胺、Na/CH30H等。但是這些方法會(huì)面對(duì)還原劑高毒性且不能循環(huán)利用、反應(yīng)周期長(zhǎng)、高能耗、尾氣直接排放無(wú)法處理等問(wèn)題，從而對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)阻礙。

發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有的石墨烯制備方法的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決以下技術(shù)問(wèn)題的基于綠色脫氧技術(shù)的石墨烯的制備方法1、通過(guò)脫氧劑的選用，如選用碳酸鈉，碳酸鉀等，實(shí)現(xiàn)脫氧劑循環(huán)生產(chǎn)、無(wú)毒，零排放的石墨烯氧化物的脫氧過(guò)程；2、降低脫氧過(guò)程的反應(yīng)時(shí)間；3、通過(guò)引入碳酸鹽的弱堿性，提高石墨烯在水相體系的穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案1、石墨的插層氧化；2、氧化石墨的剝離得到石墨烯氧化物；
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3、通過(guò)脫氧劑使得石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化；4、綠色脫氧過(guò)程產(chǎn)生的尾氣為純二氧化碳，可以直接回收利用，實(shí)現(xiàn)零碳排放。本發(fā)明的具體實(shí)施方案如下1、石墨的插層氧化(1)、按石墨與預(yù)氧化劑的配比，放入燒瓶中；按石墨與插層氧化劑的配比，將插層氧化劑緩慢加入，控溫到合適的溫度，磁力攪拌，使反應(yīng)體系均勻穩(wěn)定的進(jìn)行反應(yīng)。O)、按石墨與強(qiáng)氧化劑的配比，將強(qiáng)氧化劑分次緩慢加入在反應(yīng)步驟(1)中；反應(yīng)體系的溫度迅速恒溫到合適的溫度，磁力攪拌，反應(yīng)到合適的時(shí)間。(3)、在反應(yīng)步驟O)結(jié)束后，加入適量的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行反應(yīng)終止，磁力攪拌下調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度到合適的值，加熱保溫，磁力攪拌。(4)、待反應(yīng)步驟(3)反應(yīng)體系平穩(wěn)后，按石墨與強(qiáng)氧化劑的配比，加入強(qiáng)氧化劑， 并使用一定量的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行二次稀釋，得到懸浮液.加熱保溫，磁力攪拌。(5)、將反應(yīng)步驟(4)得到的懸浮液，過(guò)濾分離、除雜，得到石墨的插層氧化物。2、石墨的插層氧化物的剝離得到石墨烯氧化物將反應(yīng)步驟(5)得到的石墨的插層氧化物分散到適量的水中，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓β剩?一定的時(shí)間進(jìn)行超聲分散，制得一定濃度下的石墨烯氧化物在水中的懸浮液.3、通過(guò)脫氧劑使石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化(1)、在反應(yīng)步驟2制得的懸浮液中，按一定濃度的綠色脫氧劑的水溶液與石墨烯氧化物的配比，加入綠色脫氧劑的水溶液，磁力攪拌混合均勻，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，保溫反?yīng)， 一定時(shí)間后脫氧結(jié)束，得到反應(yīng)液體；反應(yīng)體系封閉，，并對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行收集。(2)、對(duì)反應(yīng)步驟(1)得到的反應(yīng)液體，過(guò)濾分離，得到石墨烯和濾液。4、綠色脫氧劑的回收利用對(duì)反應(yīng)步驟3得到的濾液放在圓底燒瓶中，加入沸石在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行減壓蒸餾，濃縮到反應(yīng)步驟3所需的濃度，得到的濃縮液加入下一組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)步驟3進(jìn)行循環(huán)使用，由于反應(yīng)體系不會(huì)污染綠色脫氧劑，所以可以長(zhǎng)期循環(huán)使用綠色脫氧劑。本發(fā)明所述的石墨烯的制備方法，作為石墨，可選天然石墨，人造石墨，膨脹石墨， 優(yōu)選片層結(jié)構(gòu)疏松便于插層的氧化或剝離的天然石墨和膨脹石墨；作為插層氧化劑，可選濃硫酸、磷酸，優(yōu)選98%濃硫酸；作為預(yù)氧化劑，可選硝酸鈉、硝酸鉀，優(yōu)選硝酸鈉；作為強(qiáng)氧化劑，可選高錳酸鉀、氧酸鉀，硝酸鈉、雙氧水，優(yōu)選高錳酸鉀或雙氧水；作為綠色脫氧劑， 可選碳酸鹽類物質(zhì)，優(yōu)選碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰中的一種或多種。上述方案的所述的石墨與預(yù)氧化劑、石墨與強(qiáng)氧化劑、石墨與插層氧化劑、以及綠色脫氧劑與水、綠色脫氧劑的水溶液與石墨烯氧化物的配比(以干重量份計(jì)，下同)為石墨與插層氧化劑的配比1 10 1 100，優(yōu)選1 30 1 60 ；石墨與預(yù)氧化劑的配比1 0 1 2，優(yōu)選1 0.2 1 1 ；石墨與強(qiáng)氧化劑的配比1 2 1 7，優(yōu)選1 3 1 6 ；綠色脫氧劑與水的配比0. 005 1 3. 2 1，優(yōu)選0.05 1 3.2 1 ；綠色脫氧劑的水溶液與石墨烯氧化物的配比1 200 100 2，優(yōu)選1 100 100 1。因此，本發(fā)明所述的一種基于綠色脫氧技術(shù)的石墨烯的制備方法，優(yōu)選采用如下實(shí)施方案
1、石墨的插層氧化(1)、按天然石墨或膨脹石墨硝酸鈉的配比1 0.2 1 1，稱取天然石墨或膨脹石墨與硝酸鈉，并投料于燒瓶中，按天然石墨或膨脹石墨98%濃硫酸的配比1 30 1 60，緩慢加入98%濃硫酸，反應(yīng)溫度控制在0 5°C，磁力攪拌，使反應(yīng)體系均勻穩(wěn)定。O)、待反應(yīng)步驟(1)進(jìn)行IOmin 池后，按天然石墨或膨脹石墨高錳酸鉀的配比1 3 1 6，分次緩慢加入高錳酸鉀；磁力攪拌，反應(yīng)溫度控制在25 45°C(3)、在反應(yīng)步驟(2)進(jìn)行濁 3 后，加入去離子水100 300mL，終止反應(yīng)，磁力攪拌下調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度到40 120°C。0)、待反應(yīng)步驟(3)進(jìn)行IOmim 濁，反應(yīng)體系平穩(wěn)后，加入雙氧水10 50mL，除去產(chǎn)生的二氧化錳，并使用120-280mL的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行二次稀釋，得到懸浮液；使用水浴加熱保溫，磁力攪拌。(5)、將反應(yīng)步驟⑷得到的懸浮液，過(guò)濾分離、除雜，得到石墨的插層氧化物.石墨的插層氧化物的剝離得到石墨烯氧化物將反應(yīng)步驟(5)得到的石墨的插層氧化物與離子水在室溫下，通過(guò)50 500W的功率，超聲2 30min，制得石墨烯氧化物在水中的懸浮液。3、通過(guò)脫氧劑使得石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化(1)、在反應(yīng)步驟2制得的懸浮液中，按石墨烯氧化物水溶液與綠色脫氧劑水溶液(綠色脫氧劑與水的配比0.05 1 3.2 1)的體積比1 100 100 1，加入綠色脫氧劑碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰中的一種或多種的水溶液，加熱到50 120°C，磁力攪拌，混合均勻，反應(yīng)時(shí)間:3min 證，得到反應(yīng)液體，反應(yīng)體系進(jìn)行封閉，并對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行收集。(2)、對(duì)反應(yīng)步驟(1)得到的反應(yīng)液體，過(guò)濾分離，得到石墨烯和濾液。4、綠色脫氧劑的回收利用對(duì)反應(yīng)步驟3得到的濾液放在圓底燒瓶中，加入沸石在40 130°C下進(jìn)行減壓蒸餾，濃縮到反應(yīng)步驟3所需的濃度；得到的濃縮液加入下一組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)步驟3進(jìn)行循環(huán)使用，由于反應(yīng)體系不會(huì)污染綠色脫氧劑，所以可以長(zhǎng)期循環(huán)使用綠色脫氧劑。本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于采用了碳酸鹽作為綠色脫氧劑，并將碳酸鹽和去離子水制成均一穩(wěn)定的溶液。由于碳酸鹽水溶液中的碳酸根可以放出一定量的氧離子，對(duì)氧化石墨烯上和含氧基團(tuán)相連的碳進(jìn)行進(jìn)攻從而達(dá)到脫氧的目的。氧離子進(jìn)攻脫掉二氧化碳的反應(yīng)較快，條件溫和，從而使反應(yīng)便于控制，反應(yīng)時(shí)間短；體系脫氧產(chǎn)生的產(chǎn)物是二氧化碳，也是唯一的副產(chǎn)物，便于收集，從而達(dá)到零排放的綠色低碳的生產(chǎn)方法；在堿性條件下石墨烯可以穩(wěn)定的分散。本發(fā)明的效果本發(fā)明采用的綠色脫氧劑在水溶液條件下，通過(guò)較低溫度下加熱攪拌便可以快速，批量的通過(guò)對(duì)石墨烯氧化物進(jìn)脫氧制備石墨烯，綠色脫氧劑本身可以通過(guò)較低溫度下減壓蒸餾進(jìn)行回收利用，同時(shí)脫氧過(guò)程產(chǎn)生的尾氣單一，組成為二氧化碳，便于收集，從而達(dá)到綠色低碳的生產(chǎn)目的；本發(fā)明脫氧段操作簡(jiǎn)便，安全，成本低廉，零排放，綠色脫氧劑可以循環(huán)使用，制備的石墨烯產(chǎn)品水相分散性好，不易團(tuán)聚，碳碳雙鍵保留較多，具備高導(dǎo)電潛力。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本發(fā)明所限定的范圍。實(shí)施例中的配比范圍均為干重的比例。實(shí)施例一基于綠色脫氧技術(shù)石墨烯制備方法，包括如下反應(yīng)步驟1、石墨的插層氧化(1)、稱取天然石墨4g，硝酸鈉3g，投入燒瓶中，緩慢加入98%濃硫酸120mL，使用恒溫水浴鍋控溫在o°c，磁力攪拌，使反應(yīng)體系均勻穩(wěn)定的進(jìn)行。O)、待反應(yīng)步驟(1)進(jìn)行Ih后，分次緩慢加入高錳酸鉀20g，磁力攪拌，反應(yīng)溫度控制在30°C。(3)、在反應(yīng)步驟(2)進(jìn)行Mh后，加入去離子水IOOmL,對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行終止反應(yīng)， 磁力攪拌下調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度到75°C。(4)、待反應(yīng)步驟進(jìn)(3)進(jìn)行20mim，反應(yīng)體系平穩(wěn)后，加入雙氧水35mL，除去產(chǎn)生的二氧化錳，并使用150mL的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行二次稀釋，得到懸浮液；使用水浴加熱保溫，磁力攪拌。(5)、將反應(yīng)步驟⑷得到的懸浮液，過(guò)濾分離、除雜，得到石墨的插層氧化物石墨的插層氧化物的剝離得到石墨烯氧化物將反應(yīng)步驟(5)得到的石墨的插層氧化物與離子水在室溫下，通過(guò)200W的功率， 超聲lOmin，制得濃度為ang/mL的石墨烯氧化物在水中的懸浮液。3、通過(guò)脫氧劑使石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化(1)、在反應(yīng)步驟2制得的懸浮液中加入綠色脫氧劑碳酸鉀IOOg與IOOg水混合均勻，石墨烯氧化物水溶液與綠色脫氧劑水溶液按體積比1 1進(jìn)行混合，加熱70°c，磁力攪拌混合均勻，反應(yīng)時(shí)間5min，得到反應(yīng)液體，反應(yīng)體系進(jìn)行封閉，并對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行收集。O)、對(duì)反應(yīng)步驟(1)得到的反應(yīng)液體，過(guò)濾分離，得到石墨烯2. 5g和濾液。4、綠色脫氧劑的回收利用對(duì)反應(yīng)步驟3得到的濾液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮到反應(yīng)步驟3所需的濃度，蒸餾溫度 60°C。得到的濃縮液加入下一組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)步驟3進(jìn)行循環(huán)使用，由于不會(huì)被污染，所以可以長(zhǎng)期循環(huán)使用綠色脫氧劑。實(shí)施例二基于綠色脫氧技術(shù)石墨烯制備方法，包括如下反應(yīng)步驟1、石墨的插層氧化(1)、稱取膨脹石墨4g，硝酸鈉2g，投入燒瓶中，緩慢加入98%濃硫酸160mL，使用恒溫水浴鍋控溫在3°C，磁力攪拌，使反應(yīng)體系均勻穩(wěn)定的進(jìn)行。O)、待反應(yīng)步驟(1)進(jìn)行30min后，分次緩慢加入高錳酸鉀22g，磁力攪拌，反應(yīng)溫度控制在^°C。(3)、在反應(yīng)步驟(2)進(jìn)行證后，加入去離子水200mL，對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行終止反應(yīng)，磁力攪拌下調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度到45°C。(4)、待反應(yīng)步驟進(jìn)(3)進(jìn)行l(wèi)h，反應(yīng)體系平穩(wěn)后，加入雙氧水15mL，除去產(chǎn)生的二氧化錳，并使用150mL的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行二次稀釋，得到懸浮液；使用水浴加熱保溫，磁力攪拌。(5)、將反應(yīng)步驟(4)得到的懸浮液，過(guò)濾分離、除雜，得到石墨的插層氧化物。2、石墨的插層氧化物的剝離得到石墨烯氧化物將反應(yīng)步驟(5)得到的石墨的插層氧化物與離子水在室溫下，通過(guò)60W的功率，超聲30min，制得濃度為ang/mL的石墨烯氧化物在水中的懸浮液。3、通過(guò)脫氧劑使石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化(1)、在反應(yīng)步驟2制得的懸浮液中加入綠色脫氧劑碳酸鈉150g與IOOg水混合均勻，石墨烯氧化物水溶液與綠色脫氧劑水溶液按體積比10 1進(jìn)行混合，加熱55°C，磁力攪拌混合均勻，反應(yīng)時(shí)間紐，得到反應(yīng)液體，反應(yīng)體系封閉，并對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行收集。O)、對(duì)反應(yīng)步驟(1)得到的反應(yīng)液體，過(guò)濾分離，得到石墨烯2. 7g和濾液。4、綠色脫氧劑的回收利用對(duì)反應(yīng)步驟3得到的濾液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮到反應(yīng)步驟3所需的濃度，蒸餾溫度70°C。得到的濃縮液加入下一組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)步驟3進(jìn)行循環(huán)使用，由于不會(huì)被污染，所以可以長(zhǎng)期循環(huán)使用綠色脫氧劑。實(shí)施例三基于綠色脫氧技術(shù)石墨烯制備方法，包括如下反應(yīng)步驟1、石墨的插層氧化(1)、稱取膨脹石墨4g，硝酸鈉lg，投入燒瓶中，緩慢加入98%濃硫酸200mL，使用恒溫水浴鍋控溫在5°C，磁力攪拌，使反應(yīng)體系均勻穩(wěn)定的進(jìn)行。O)、待反應(yīng)步驟⑴進(jìn)行池后，分次緩慢加入高錳酸鉀17g，磁力攪拌，反應(yīng)溫度控制在35 °C。(3)、在反應(yīng)步驟(2)進(jìn)行后，加入去離子水300mL，對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行終止反應(yīng)，磁力攪拌下調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度到90°C。(4)、待反應(yīng)步驟進(jìn)(3)進(jìn)行2h，反應(yīng)體系平穩(wěn)后，加入雙氧水35mL，除去產(chǎn)生的二氧化錳，并使用220mL的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行二次稀釋，得到懸浮液；使用水浴加熱保溫，磁力攪拌。(5)、將反應(yīng)步驟⑷得到的懸浮液，過(guò)濾分離、除雜，得到石墨的插層氧化物。2、石墨的插層氧化物的剝離得到石墨烯氧化物將反應(yīng)步驟(5)得到的石墨的插層氧化物與離子水在室溫下，通過(guò)500W的功率，超聲20min，制得濃度為ang/mL的石墨烯氧化物在水中的懸浮液。3、通過(guò)脫氧劑使石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化(1)、在反應(yīng)步驟2制得的懸浮液中加入綠色脫氧劑碳酸鋰200g與IOOg水混合均勻，石墨烯氧化物水溶液與綠色脫氧劑水溶液按體積比1 70進(jìn)行混合，加熱100°C，磁力攪拌混合均勻，反應(yīng)時(shí)間池，得到反應(yīng)液體，反應(yīng)體系進(jìn)行封閉，并對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行收集。O)、對(duì)反應(yīng)步驟⑴得到的反應(yīng)液體，過(guò)濾分離，得到石墨烯2. 6g和濾液。4、綠色脫氧劑的回收利用對(duì)反應(yīng)步驟3得到的濾液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮到反應(yīng)步驟3所需的濃度，蒸餾溫度 70°C。得到的濃縮液加入下一組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)步驟3進(jìn)行循環(huán)使用，由于不會(huì)被污染，所以可以長(zhǎng)期循環(huán)使用綠色脫氧劑。實(shí)施例四基于綠色脫氧技術(shù)石墨烯制備方法，包括如下反應(yīng)步驟1、石墨的插層氧化(1)、稱取天然石墨4g，硝酸鈉lg，投入燒瓶中，緩慢加入98%濃硫酸220mL，使用恒溫水浴鍋控溫在2V，磁力攪拌，使反應(yīng)體系均勻穩(wěn)定的進(jìn)行。O)、待反應(yīng)步驟(1)進(jìn)行IOmin后，分次緩慢加入高錳酸鉀13g，磁力攪拌，反應(yīng)溫度控制在40°C。(3)、在反應(yīng)步驟(2)進(jìn)行IOh后，加入去離子水220mL，對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行終止反應(yīng)， 磁力攪拌下調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度到110°C。(4)、待反應(yīng)步驟進(jìn)(3)進(jìn)行1. 5h，反應(yīng)體系平穩(wěn)后，加入雙氧水20mL，除去產(chǎn)生的二氧化錳，并使用260mL的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行二次稀釋，得到懸浮液；使用水浴加熱保溫，磁力攪拌。(5)、將反應(yīng)步驟(4)得到的懸浮液，過(guò)濾分離、除雜，得到石墨的插層氧化物。2、石墨的插層氧化物的剝離得到石墨烯氧化物將反應(yīng)步驟(5)得到的石墨的插層氧化物與離子水在室溫下，通過(guò)400W的功率， 超聲15min，制得濃度為;3mg/mL的石墨烯氧化物在水中的懸浮液。3、通過(guò)脫氧劑使石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化(1)、在反應(yīng)步驟2制得的懸浮液中加入綠色脫氧劑碳酸鈉與碳酸鉀分別50g混合均勻溶解于IOOg去離子水中，石墨烯氧化物水溶液與綠色脫氧劑水溶液按體積比60 1 進(jìn)行混合，加熱110°C，磁力攪拌混合均勻，反應(yīng)時(shí)間30min，得到反應(yīng)液體，反應(yīng)體系進(jìn)行封閉，并對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行收集。O)、對(duì)反應(yīng)步驟(1)得到的反應(yīng)液體，過(guò)濾分離，得到石墨烯2. 2g和濾液。4、綠色脫氧劑的回收利用對(duì)反應(yīng)步驟3得到的濾液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮到反應(yīng)步驟3所需的濃度，蒸餾溫度 80°C。得到的濃縮液加入下一組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)步驟3進(jìn)行循環(huán)使用，由于不會(huì)被污染，所以可以長(zhǎng)期循環(huán)使用綠色脫氧劑。實(shí)施例五基于綠色脫氧技術(shù)石墨烯制備方法，包括如下反應(yīng)步驟1、石墨的插層氧化(1)、稱取天然石墨4g，硝酸鈉2g，投入燒瓶中，緩慢加入98%濃硫酸230mL，使用恒溫水浴鍋控溫在0°C，磁力攪拌，使反應(yīng)體系均勻穩(wěn)定的進(jìn)行。O)、待反應(yīng)步驟(1)進(jìn)行1. 后，分次緩慢加入高錳酸鉀Mg，磁力攪拌，反應(yīng)溫度控制在42 °C。
(3)、在反應(yīng)步驟(2)進(jìn)行1 后，加入去離子水130mL，對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行終止反應(yīng)，磁力攪拌下調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度到100°c。(4)、待反應(yīng)步驟進(jìn)(3)進(jìn)行45min，反應(yīng)體系平穩(wěn)后，加入雙氧水40mL，除去產(chǎn)生的二氧化錳，并使用125mL的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行二次稀釋，得到懸浮液；使用水浴加熱保溫，磁力攪拌。(5)、將反應(yīng)步驟(4)得到的懸浮液，過(guò)濾分離、除雜，得到石墨的插層氧化物。2、石墨的插層氧化物的剝離得到石墨烯氧化物將反應(yīng)步驟(5)得到的石墨的插層氧化物與離子水在室溫下，通過(guò)300W的功率，超聲13min，制得濃度為ang/mL的石墨烯氧化物在水中的懸浮液。3、通過(guò)脫氧劑使石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化(1)、在反應(yīng)步驟2制得的懸浮液中加入綠色脫氧劑碳酸鈉、碳酸鉀與碳酸鋰分別30g混合均勻溶解于90g去離子水中，石墨烯氧化物水溶液與綠色脫氧劑水溶液按體積比3 1進(jìn)行混合，加熱90°C，磁力攪拌混合均勻，反應(yīng)時(shí)間池，得到反應(yīng)液體，反應(yīng)體系進(jìn)行封閉，并對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行收集。O)、對(duì)反應(yīng)步驟(1)得到的反應(yīng)液體，過(guò)濾分離，得到石墨烯2. 4g和濾液。4、綠色脫氧劑的回收利用對(duì)反應(yīng)步驟3得到的濾液進(jìn)行減壓蒸餾濃縮到反應(yīng)步驟3所需的濃度，蒸餾溫度75°C。得到的濃縮液可以加入下一組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)步驟3進(jìn)行循環(huán)使用，由于不會(huì)被污染，所以可以長(zhǎng)期循環(huán)使用綠色脫氧劑。實(shí)施例六重復(fù)實(shí)例一，將得到濃縮后的綠色脫氧劑在第二次重復(fù)實(shí)例一時(shí)循環(huán)使用，一直循環(huán)11次。
權(quán)利要求
1.一種基于綠色脫氧技術(shù)的石墨烯的制備方法，其特征在于包括如下反應(yīng)步驟(1)、石墨的插層氧化①、按石墨與預(yù)氧化劑的配比，放入燒瓶中，按石墨與插層氧化劑的配比，將插層氧化劑緩慢加入，控溫到合適的溫度，磁力攪拌，使反應(yīng)體系均勻穩(wěn)定；②、按石墨與強(qiáng)氧化劑的配比，將強(qiáng)氧化劑分次緩慢加入到反應(yīng)步驟①中，反應(yīng)體系的溫度迅速恒溫到合適的溫度，磁力攪拌，反應(yīng)到合適的時(shí)間；③、在反應(yīng)步驟②結(jié)束后，加入適量的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行終止反應(yīng)，磁力攪拌下調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度到合適值，加熱保溫，磁力攪拌；④、待反應(yīng)步驟③反應(yīng)體系平穩(wěn)后，按石墨與強(qiáng)氧化劑的配比，加入強(qiáng)氧化劑，并使用一定量的去離子水對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行二次稀釋.得到懸浮液，加熱保溫，磁力攪拌；⑤、將反應(yīng)步驟④得到的懸浮液，過(guò)濾分離、除雜，得到石墨的插層氧化物；(2)、石墨的插層氧化物的剝離得到石墨烯氧化物將反應(yīng)步驟⑤得到的石墨的插層氧化物與離子水在室溫下混合，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓β剩欢ǖ臅r(shí)間進(jìn)行超聲分散，制得一定濃度下的石墨烯氧化物在水中的懸浮液；(3)、通過(guò)綠色脫氧劑使石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化①、在反應(yīng)步驟( 制得的懸浮液中，按一定濃度的綠色脫氧劑的水溶液與石墨烯氧化物的配比，加入綠色脫氧劑的水溶液，磁力攪拌混合均勻，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，保溫反?yīng)，一定時(shí)間后脫氧結(jié)束，得到反應(yīng)液體；反應(yīng)體系封閉，并對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行收集；②、對(duì)反應(yīng)步驟①得到的反應(yīng)液體，過(guò)濾分離，得到石墨烯和濾液；G)、綠色脫氧劑的回收利用對(duì)反應(yīng)步驟C3)得到的濾液放在圓底燒瓶中，加入沸石在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行減壓蒸餾，濃縮到反應(yīng)步驟(3)所需的濃度；得到的濃縮液加入下一組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)步驟(3)進(jìn)行循環(huán)使用，由于反應(yīng)體系不會(huì)污染綠色脫氧劑，所以可以長(zhǎng)期循環(huán)使用綠色脫氧劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于綠色脫氧技術(shù)的的石墨烯的制備方法，其特征在于所述的石墨是片層結(jié)構(gòu)疏松便于插層的氧化或剝離的天然石墨和膨脹石墨；所述的插層氧化劑是98%濃硫酸；所述的預(yù)氧化劑是硝酸鈉；所述的強(qiáng)氧化劑是高錳酸鉀或雙氧水；所述的綠色脫氧劑是碳酸鈉或碳酸鉀或碳酸鋰中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于綠色脫氧技術(shù)的的石墨烯的制備方法，其特征在于所述的石墨與預(yù)氧化劑、石墨與強(qiáng)氧化劑、石墨與插層氧化劑、綠色脫氧劑與水的配比、綠色脫氧劑的水溶液與石墨烯氧化物的配比，以干重量份計(jì)，如下石墨與預(yù)氧化劑的配比1 0.2 1 1 ；石墨與強(qiáng)氧化劑的配比1 3 1 6;石墨與插層氧化劑的配比1 30 1 60;綠色脫氧劑與水的配比0.05 1 3.2 1;綠色脫氧劑的水溶液與石墨烯氧化物的配比1 100 100 1。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于綠色脫氧技術(shù)石墨烯制備方法，包括石墨的插層氧化制備石墨烯氧化物；通過(guò)綠色脫氧劑完成石墨烯氧化物向石墨烯轉(zhuǎn)化；本發(fā)明采用的綠色脫氧劑，通過(guò)加熱便可以快速、批量制備石墨烯，且脫氧劑可回收利用，反應(yīng)尾氣單一，便于收集，達(dá)到綠色低碳的生產(chǎn)目的；本發(fā)明脫氧段操作簡(jiǎn)便，安全，成本低廉，零排放。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102557018SQ201110426540
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者何東寧, 馮春芳, 孔令學(xué), 彭政, 李承鵬, 李普旺, 王慶煌, 羅勇悅, 趙鵬飛 申請(qǐng)人:中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所