CN113104844A

CN113104844A - 一种羧基化石墨烯制备方法

Info

Publication number: CN113104844A
Application number: CN202110393250.6A
Authority: CN
Inventors: 张金; 兰强; 许华诚; 张欢; 黄奕军
Original assignee: Fujian Lanshen Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Fujian Lanshen Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2021-07-13

Abstract

本发明公开一种羧基化石墨烯制备方法，其中，包括以下步骤：①制备氧化石墨烯溶液；②取100mL质量浓度2mg/mL的氧化石墨烯溶液，加入lg氯乙酸和1.2g氢氧化钠后放入水浴中超声1h，然后搅拌反应24h，之后采用真空过滤装置将混合液进行真空抽滤，并用去离子水多次冲洗，得到了羧基化的氧化石墨烯溶液，置60℃真空干燥箱中干燥，得到羧基化氧化石墨烯。与现有技术相比，本发明采用对氧化石墨烯溶液进行超声处理并采用真空过滤装置与氧化石墨烯进行反应，制备出羧基化的氧化石墨烯。

Description

一种羧基化石墨烯制备方法

技术领域

本发明涉及羧基化石墨烯制备技术领域，具体涉及的是一种羧基化石墨烯制备方法。

背景技术

氧化石墨烯(GO)与石墨烯在结构上非常类似，常被用来作为制造石墨烯的前驱体。由于在氧化石墨烯的表面上存在大量的羧基和环氧基等官能团，它们的存在为氧化石墨烯的表面功能化修饰提供了很多的化学反应活性点，因为羧基的活性比较高，可以对其进行诸多的接枝反应。目前，多采用羧基基团对氧化石墨烯的表面进行改性研究，而对这种表面的修饰常常需要先进行活化羧基，以提高它的反应活性。

现有的羧基化石墨烯进行制备时通常需要采用真空抽滤进行操作。在使用过程中发现其一次抽滤的量很少，往往一次实验或者生产需要连续不断的添加溶液，浪费很多不必要的劳动力和时间，造成实验效率低下。

有鉴于此，本申请人针对现有技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种羧基化石墨烯制备方法，其能够高效地制备羧基化石墨烯。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种羧基化石墨烯制备方法，其中，包括以下步骤：

①制备氧化石墨烯溶液；

②取100mL质量浓度2mg/mL的氧化石墨烯溶液，加入lg氯乙酸和1.2g氢氧化钠后放入水浴中超声1h，然后搅拌反应24h，之后采用真空过滤装置将混合液进行真空抽滤，并用去离子水多次冲洗，得到了羧基化的氧化石墨烯溶液，置60℃真空干燥箱中干燥，得到羧基化氧化石墨烯。

进一步，步骤①制备氧化石墨烯溶液包括以下步骤：

1)在冰水浴中依次缓慢加入100ml浓硫酸(95％)、1g可膨胀石墨、3g高锰酸钾，并继续搅拌30min；

2)升温至35℃，继续搅拌30min；紧接着，缓慢滴加去离子水至无气泡放出，期间会观察到紫色烟雾的产生；

3)将反应体系升温至95℃继续搅拌15min，加入300ml去离子水终止反应，在得到的棕褐色混合物中加入10ml双氧水(30％)后颜色变为金黄色；待金黄色混合物自然冷却后，进行过滤洗涤，先使用10％的盐酸洗涤，最后使用去离子水洗涤至pH＝7，所得红褐色胶状物质在35℃下真空干燥，得到氧化石墨；

4)称取一定量的氧化石墨，在一定体积的去离子水中超声剥离，制备氧化石墨烯溶液。

进一步，所述真空过滤装置包括吸滤底座、第一过滤体、第二过滤体、横杆、升降机构、转动机构、固定底座和收集装置，所述吸滤底座上形成有支撑网，所述支撑网下部形成有真空腔，所述真空腔与负压泵连接；所述固定底座设置在所述吸滤底座与所述收集装置之间，所述横杆中部与所述升降机构的上部连接，所述升降机构的下部转动连接在所述固定底座上，所述固定底座上还设置有驱动所述升降机构和横杆水平旋转的转动机构；

所述第一过滤体和第二过滤体上均安装有滤纸，所述第一过滤体和第二过滤体分别安装在所述横杆的两端；进行吸滤时，所述升降机构位于低位位置，所述第一过滤体的滤纸贴合在所述吸滤底座的支撑网上，待过滤液体添加至所述第一过滤体的过滤空间内；吸滤完成后，所述升降机构上升至高位位置，所述第一过滤体与所述吸滤底座脱离，所述转动机构转动以将所述第一过滤体移动至收集装置正上方，并将第二过滤体移动至所述吸滤底座正上方，随后升降机构由高位位置下降至低位位置。

进一步，所述升降机构为双导杆电动升降缸。

进一步，所述转动机构包括与所述升降机构下端固定连接的从动齿轮，还包括固定设置在所述固定底座上的转动电机，所述转动电机的输出轴上固定设置有与所述从动齿轮啮合的主动齿轮。

采用上述结构后，本发明涉及的一种羧基化石墨烯制备方法,其至少具有以下有益效果：

一、通过氯乙酸和氢氧化钠与氧化石墨烯溶液进行超声，提高了氧化石墨烯片层上的羧基基团的含量，从而获得了羧基化的氧化石墨烯。

二、采用改进后的真空过滤装置进行过滤操作，通过设置第一过滤体和第二过滤体，在其中一个过滤体在进行过滤时，另外一个过滤体通过调整环在所述固定管上的滑动，使得滤纸具有固体物质的一面能够外翻，方便将固体物质收集至收集装置中。

与现有技术相比，本发明采用对氧化石墨烯溶液进行超声处理并采用真空过滤装置与氧化石墨烯进行反应，制备出羧基化的氧化石墨烯。

附图说明

图1为本发明涉及一种羧基化石墨烯制备方法的工艺流程图。

图2为真空过滤装置的结构示意图。

图3为真空过滤装置进行过滤和取下固体物质时的结构示意图。

图4为图3中A处的局部放大结构示意图。

图5为第一过滤体的结构示意图。

图6为图4中B处的放大结构示意图。

图中：

吸滤底座1；支撑网11；真空腔12；挡水盖121；负压泵13；排水管14；环形密封胶圈15；收集装置2；

横杆31；升降机构32；转动机构33；从动齿轮331；主动齿轮332；转动电机333；固定底座34；

第一过滤体41；第二过滤体42；固定管43；第一过液腔431；第二过液腔432；漏斗433；

滤纸44；过滤空间441；固定件442；调整环45；连杆46；安装环47；储液瓶5；出液管51；控制开关52。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1至图6所示，其为本发明涉及的一种羧基化石墨烯制备方法，包括以下步骤：①制备氧化石墨烯溶液；优选地，步骤①制备氧化石墨烯溶液包括以下步骤：1)在冰水浴中依次缓慢加入100ml浓硫酸(95％)、1g可膨胀石墨、3g高锰酸钾，并继续搅拌30min；2)升温至35℃，继续搅拌30min；紧接着，缓慢滴加去离子水至无气泡放出，期间会观察到紫色烟雾的产生；3)将反应体系升温至95℃继续搅拌15min，加入300ml去离子水终止反应，在得到的棕褐色混合物中加入10ml双氧水(30％)后颜色变为金黄色；待金黄色混合物自然冷却后，进行过滤洗涤，先使用10％的盐酸洗涤，最后使用去离子水洗涤至pH＝7，所得红褐色胶状物质在35℃下真空干燥，得到氧化石墨；4)称取一定量的氧化石墨，在一定体积的去离子水中超声剥离，制备氧化石墨烯溶液。超声剥离时，采用超声细胞粉碎仪最大功率的30％(约200W)，超声处理2h；超声得到的氧化石墨烯分散液在高速离心机中离心分离，转速8000r/min，时间10min，取上清液，即氧化石墨烯溶液备用。

这样，本发明涉及的一种羧基化石墨烯制备方法，通过氯乙酸和氢氧化钠与氧化石墨烯溶液进行超声，提高了氧化石墨烯片层上的羧基基团的含量，从而获得了羧基化的氧化石墨烯。

优选地，所述真空过滤装置包括吸滤底座1、第一过滤体41、第二过滤体42、横杆31、升降机构32、转动机构33、固定底座34和收集装置2，所述吸滤底座1上形成有支撑网11，所述支撑网11下部形成有真空腔12，所述真空腔12与负压泵13连接；所述固定底座34设置在所述吸滤底座1与所述收集装置2之间，所述横杆31中部与所述升降机构32的上部连接，所述升降机构32的下部转动连接在所述固定底座34上，所述固定底座34上还设置有驱动所述升降机构32和横杆31水平旋转的转动机构33；所述第一过滤体41和第二过滤体42上均安装有滤纸44，所述第一过滤体41和第二过滤体42分别安装在所述横杆31的两端；进行吸滤时，所述升降机构32位于低位位置，所述第一过滤体41的滤纸44贴合在所述吸滤底座1的支撑网11上，待过滤液体添加至所述第一过滤体41的过滤空间441内；吸滤完成后，所述升降机构32上升至高位位置，所述第一过滤体41与所述吸滤底座1脱离，所述转动机构33转动以将所述第一过滤体41移动至收集装置2正上方，并将第二过滤体42移动至所述吸滤底座1正上方，随后升降机构32由高位位置下降至低位位置。

所述支撑网11为滤纸44提供了支撑力，支撑网11上的过水孔方便透过滤纸44的液体流入至真空腔12中。所述真空腔12内的气压低于外界大气压，并非至绝对真空；优选地，所述真空腔12通过管道连接有负压泵13，所述真空腔12的内壁上形成有从连接负压泵13的管道的管口的上端横向延伸的挡水盖121，以减少过滤水吸入至真空泵中。所述真空腔12的底部设置有排水管14，所述排水管14上设置有控制所述排水管14开与关的阀门。

采用改进后的真空过滤装置进行过滤操作，通过设置第一过滤体41和第二过滤体42，在其中一个过滤体在进行过滤时，另外一个过滤体通过调整环45在所述固定管43上的滑动，使得滤纸44具有固体物质的一面能够外翻，方便将固体物质收集至收集装置2中。优选地，所述吸滤底座1的上边缘形成有环形密封胶圈15，所述滤纸4444进行过滤时，滤纸44的边缘的下表面与所述环形密封胶圈15抵顶密封。

优选地，所述升降机构32为双导杆电动升降缸；双导杆电动升降缸保证了横杆31随着升降机构32的旋转而旋转，减少了零件结构，整理结构更加合理高效。所述转动机构33包括与所述升降机构32下端固定连接的从动齿轮331，还包括固定设置在所述固定底座34上的转动电机333，所述转动电机333的输出轴上固定设置有与所述从动齿轮331啮合的主动齿轮332。

优选地，所述第一过滤体41和第二过滤体42均还包括固定管43、调整环45、若干条连杆46和安装环47；所述滤纸44呈碗状，具有开口朝上的过滤空间441，所述滤纸44底部中心通过固定件442可拆卸安装在固定管43下端；所述安装环47固定连接在所述滤纸44的上边缘，所述调整环45套设在所述固定管43上并调节所述调整环45在所述固定管43上的位置，若干条所述连杆46的两端分别转动连接在所述调整环45和所述安装环47上；驱动所述调整环45的位置下降，所述第一过滤体41的滤纸44上边缘向下移动至低于所述固定管43的下端面的水平高度，滤纸44的过滤空间441内壁外翻后，使用工具将滤纸44上的固体物质收集至收集装置2中。

使用时，第一过滤体41和第二过滤体42中一个过滤体与吸滤底座1配合使用，另一个过滤***于收集装置2上方，两个过滤体交替进行过滤和取下固体物质的作用，提高了过滤效果。

更进一步的，在收集装置2上方设置有自动或手动将滤纸44上的固体物质刮下或者抖下的机构，如自动或者手动的刮刀机构。所述第一过滤体41和第二过滤体42上的滤纸44可以根据使用情况进行适时更换，更换时，将固定管43下端的固定件442拆下，安装上新的滤纸44，并将滤纸44的上边缘与所述安装环47进行固定，如采用粘接的方式进行固定。所述固定件442为螺钉，螺纹连接在所述固定管43的下端面上。

优选地，对第一过滤体41中的滤纸44上的固体物质进行收集的同时，所述第二过滤体42在吸滤底座1上进行过滤操作。更进一步的，所述调整环45在所述固定管43上的位置采用手动调节或者电动机构调节的方式。

优选地，所述固定管43内形成有沿着固定管43长度方向设置第一过液腔431，对应滤纸44的过滤空间441位置的固定管43外壁形成有若干个第二过液腔432，所述第二过液腔432与所述第一过液腔431连通；所述第一过液腔431具有上开口，所述上开口上设置有漏斗433，待过滤溶液通过漏斗433进入至所述第一过液腔431中。通过设置所述第一过液腔431和第二过液腔432，使得待过滤液体能够方便的通过第一过液腔431和第二过液腔432进入至滤纸44的过滤空间441中。

优选地，所述真空过滤装置还包括储液瓶5，所述储液瓶5上形成有出液管51，所述出液管51上设置有控制开关52，所述出液管51的末端位于所述吸滤底座1上方的过滤体的漏斗433上方。储液瓶5通过控制开关52的控制将待过滤液体输送至漏斗433中，实现待过滤溶液的自动添加。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims

1.一种羧基化石墨烯制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①制备氧化石墨烯溶液；

2.如权利要求1所述的一种羧基化石墨烯制备方法，其特征在于，步骤①制备氧化石墨烯溶液包括以下步骤：

3.如权利要求1所述的一种羧基化石墨烯制备方法，其特征在于，所述真空过滤装置包括吸滤底座、第一过滤体、第二过滤体、横杆、升降机构、转动机构、固定底座和收集装置，所述吸滤底座上形成有支撑网，所述支撑网下部形成有真空腔，所述真空腔与负压泵连接；所述固定底座设置在所述吸滤底座与所述收集装置之间，所述横杆中部与所述升降机构的上部连接，所述升降机构的下部转动连接在所述固定底座上，所述固定底座上还设置有驱动所述升降机构和横杆水平旋转的转动机构；

4.如权利要求3所述的一种羧基化石墨烯制备方法，其特征在于，所述升降机构为双导杆电动升降缸。

5.如权利要求3所述的一种羧基化石墨烯制备方法，其特征在于，所述转动机构包括与所述升降机构下端固定连接的从动齿轮，还包括固定设置在所述固定底座上的转动电机，所述转动电机的输出轴上固定设置有与所述从动齿轮啮合的主动齿轮。