CN103922331A - 一种制备石墨烯粉体的方法 - Google Patents

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闵永刚
宋建军
张乐乐
杨文斌
刘屹东
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Abstract

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种可大规模制备高质量石墨烯粉体的方法，其技术方案为：首先将石墨加入插层剂，形成石墨插层化合物；然后将石墨插层化合物置于耐高压剥离反应器内，并加入膨胀剂进行高压高速剥离，得到含基团的石墨烯；再将其还原制备得到石墨烯粉体。该制备石墨烯粉体的发明方法并具有生产设备简单、工艺流程少、环保、适合大规模生产的优势，制备得石墨烯粉体缺陷少、导电性好，适用于超级电容器、传感器、海水淡化等应用领域。

Description

一种制备石墨烯粉体的方法
技术领域
本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种制备石墨烯粉体的方法。
背景技术
自2004年发现石墨烯以来，许多科学家都致力于石墨烯制备方法的研究，尤其是要制备出高质量、产率高、成本低、结构稳定的石墨烯的方法这就显得尤为重要。目前制备石墨烯的方法主要有以下几种：剥离法，包括微机械剥离法和溶剂剥离法等方法；生长法，包括晶体向外延生长、取向附生法、化学气相沉积等方法；氧化还原石墨法，包括常用的 Hummers 法、Standenmaier法、Brodie 法等；除此之外，还有电弧放电法、石墨层间化学物途径法、碳纳米管剥开法等。氧化还原石墨法具有简单且多元化的工艺，是制备石墨烯的一种常用的方法，但是，这种方法只适用于实验室少量制备用于研究，且大量制备容易产生大量的废酸、废水等，将引起环境的污染。因此，急需发展一种工艺简单、对环境污染小、易规模化生产的石墨烯制备方法。
发明内容
基于现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种大规模制备石墨烯粉体的方法，其技术方案包括以下步骤：
（1）将石墨加入插层剂的溶液中，均匀搅拌，得到石墨插层化合物；
（2）石墨插层化合物置于耐高压剥离反应器内，并加入膨胀剂进行高压高速剥离，得到含有基团的石墨烯；
（3）将含有基团的石墨烯进行还原处理，之后洗涤烘干，得到石墨烯粉体。
其中，步骤（1）中石墨与插层剂的质量比为1:20~100:1，优选10:1~30:1，插层剂为甲酸、乙酸、乙醇、丙醇、甲胺、乙胺、乙二胺中的任意一种或两种以上的混合物，插层剂的浓度为1~120g/L。
其中，步骤（2）中耐高压剥离反应器为高速球磨机、高速搅拌反应器、对辊磨机中的任意一种；所述耐高压剥离反应器的转速为600-6000转/分钟，球磨或搅拌的时间为2~72h。
其中，步骤（2）中膨胀剂为干冰、液氮、液氧、超临界CO2中的任意一种或多种的混合物，膨胀剂与石墨的质量比为1:50~100:1，优先5:1-30:1；加入膨胀剂主要利用其气化或液化过程中体积膨胀，释放高压，催进石墨插层化合物的膨胀，进而更有效的剥离。
其中，步骤（3）中还原处理为高温还原或激光还原，高温还原条件为：纯氮气条件下，还原温度为300-900℃，反应时间为0.5-24 h小时；激光还原的条件为：脉冲激光的波长范围是150-400 nm，频率大于2Hz，脉冲时间为1s-60 min。
本发明的技术效果及优点：制备的石墨烯粉体缺陷少、导电性好，生产设备简单、工艺流程少，适合大规模生产。
附图说明
图1为石墨烯粉体制备过程流程图。
图2为实施例1制备得石墨烯粉体的拉曼图谱。
图3为实施例2制备石墨烯粉体的透射电子显微镜（TEM）图。
图4为实施例2制备石墨烯粉体的原子力显微镜（AFM）图。
具体实施方式
本发明方法制备石墨烯粉体过程的流程图如图1所示，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，但是所述实施例的说明，仅仅是本发明的一部分实施例，其中大部分并不仅限于此。
实施例1
（1）称取20g可膨胀石墨加入浓度为10g/L的200ml的乙醇溶液中，将其搅拌均匀，得到石墨插层乙醇化合物；
（2）将步骤（1）的石墨插层乙醇化合物置于高压球磨机内（球磨罐容积为2L），并加入80g干冰，在转速为2000转/分钟条件下，剥离24小时，即得到含基团的石墨烯；
（3）将步骤（2）中含基团的石墨烯置于高温管式炉，在600℃和N2气氛条件下还原4小时，得到石墨烯，将其用去离子水洗涤5次，并放于80℃烘箱中烘干，得到石墨烯粉体。
将制备的石墨烯样品进行拉曼光谱表征，其结果如图2所示，由图可知，D峰位于1361.94-1，G峰位于1605.93cm-1处，说明利用此技术方案可生成石墨烯。
实施例2
（1）称取15g可膨胀石墨加入浓度为80g/L的180ml的乙酸溶液中，将其搅拌均匀，得到石墨插层乙酸化合物；
（2）将步骤（1）的石墨插层乙酸化合物置于高速搅拌反应器，并加入60g液氮，在转速为18000转/分钟条件下，剥离24小时，即得到含基团的石墨烯；
（3）用波长为248nm的脉冲激光直接照射步骤（2）中含基团的石墨烯溶液2min，还原得到石墨烯，将石墨烯用乙醇洗涤3次，并放于80℃烘箱内烘干，得到石墨烯粉体。
将制备的石墨烯样品进行TEM和AFM表征，其结果分别如图3和图4所示，由图可知，制备的石墨烯呈透明的薄纱状结构，并表面呈褶皱状。

Claims (8)

1.一种制备石墨烯粉体的方法，包括以下步骤：
（1）将石墨加入插层剂的溶液中，均匀搅拌，得到石墨插层化合物；
（2）石墨插层化合物置于耐高压剥离反应器内，并加入膨胀剂进行高压高速剥离，得到含有基团的石墨烯；
（3）将含有基团的石墨烯进行还原处理，之后洗涤、烘干，得到石墨烯粉体。
2.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯粉体的方法，其特征在于：步骤（1）中石墨与插层剂的质量比为1:20~100:1，优选10:1~30:1。
3.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯粉体的方法，其特征在于：所述的插层剂为甲酸、乙酸、乙醇、丙醇、甲胺、乙胺、乙二胺中的任意一种或两种以上的混合物；所述插层剂的浓度为1~120g/L。
4.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯粉体的方法，其特征在于：所述的耐高压剥离反应器为高速球磨机、高速搅拌反应器、对辊磨机中的任意一种；所述耐高压剥离反应器的转速为600-6000转/分钟，球磨或搅拌的时间为2~72h。
5.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯粉体的方法，其特征在于：所述的膨胀剂为干冰、液氮、液氧、超临界CO2中的任意一种或多种的混合物，膨胀剂与石墨的质量比为1:50~100:1，优先5:1-30:1。
6.根据权利要求1所述的一种制备石墨烯粉体的方法，其特征在于：所述的还原处理为高温还原或激光还原。
7.根据权利要求1或6所述的一种制备石墨烯粉体的方法，其特征在于：所述的高温还原的条件为：纯氮气条件下，还原温度为300-900℃，反应时间为0.5-24 h。
8.根据权利要求1或6所述的一种制备石墨烯粉体的方法，其特征在于：所述的激光还原的条件为：脉冲激光的波长范围是150-400 nm，频率大于2Hz，脉冲时间为1s-60 min。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105197916A (zh) * 2014-06-09 2015-12-30 余泉茂 一种制备石墨烯/氧化石墨烯的新方法
CN105293482A (zh) * 2015-12-01 2016-02-03 张扬威 一种石墨烯的溶剂热剥离制备方法
CN105540574A (zh) * 2016-01-28 2016-05-04 成都新柯力化工科技有限公司 一种利用对喷式气流粉碎机制备石墨烯微片的方法
CN106082195A (zh) * 2016-06-17 2016-11-09 青岛大学 一种石墨烯的球磨式制备方法
CN106185886A (zh) * 2016-07-01 2016-12-07 成都新柯力化工科技有限公司 一种连续规模化制备石墨烯的方法及制得的石墨烯粉
CN106672950A (zh) * 2016-12-06 2017-05-17 北京化工大学 一种有机化改性石墨烯的制备方法
CN108622886A (zh) * 2017-03-17 2018-10-09 国家纳米科学中心 一种液氮辅助制备高质量石墨烯的方法及制得的高质量石墨烯
CN109666350A (zh) * 2017-10-16 2019-04-23 山东欧铂新材料有限公司 一种含有高导电石墨烯的水性导电涂料及其制备方法
CN111422857A (zh) * 2020-01-14 2020-07-17 昂星新型碳材料常州有限公司 石墨烯纳米气泡材料及其制备方法和应用、吸附剂、催化剂、光学材料、储能材料
CN112441579A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 中国石油化工股份有限公司 石墨插层方法及由该方法制备的石墨插层物和烃氧化方法
CN113387349A (zh) * 2021-05-12 2021-09-14 无锡启仁化工科技有限公司 一种高效制备石墨烯溶胶的方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105197916A (zh) * 2014-06-09 2015-12-30 余泉茂 一种制备石墨烯/氧化石墨烯的新方法
CN105293482A (zh) * 2015-12-01 2016-02-03 张扬威 一种石墨烯的溶剂热剥离制备方法
CN105540574A (zh) * 2016-01-28 2016-05-04 成都新柯力化工科技有限公司 一种利用对喷式气流粉碎机制备石墨烯微片的方法
CN106082195A (zh) * 2016-06-17 2016-11-09 青岛大学 一种石墨烯的球磨式制备方法
CN106185886A (zh) * 2016-07-01 2016-12-07 成都新柯力化工科技有限公司 一种连续规模化制备石墨烯的方法及制得的石墨烯粉
CN106672950B (zh) * 2016-12-06 2018-12-04 北京化工大学 一种有机化改性石墨烯的制备方法
CN106672950A (zh) * 2016-12-06 2017-05-17 北京化工大学 一种有机化改性石墨烯的制备方法
CN108622886A (zh) * 2017-03-17 2018-10-09 国家纳米科学中心 一种液氮辅助制备高质量石墨烯的方法及制得的高质量石墨烯
CN109666350A (zh) * 2017-10-16 2019-04-23 山东欧铂新材料有限公司 一种含有高导电石墨烯的水性导电涂料及其制备方法
CN109666350B (zh) * 2017-10-16 2021-06-29 山东欧铂新材料有限公司 一种含有高导电石墨烯的水性导电涂料及其制备方法
CN112441579A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 中国石油化工股份有限公司 石墨插层方法及由该方法制备的石墨插层物和烃氧化方法
CN112441579B (zh) * 2019-08-30 2022-11-15 中国石油化工股份有限公司 石墨插层方法及由该方法制备的石墨插层物和烃氧化方法
CN111422857A (zh) * 2020-01-14 2020-07-17 昂星新型碳材料常州有限公司 石墨烯纳米气泡材料及其制备方法和应用、吸附剂、催化剂、光学材料、储能材料
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