一種石墨烯分離方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及石墨烯技術領域，具體涉及一種石墨烯分離方法。
【背景技術】
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[0002]石墨烯是一種由碳原子以sP2雜化軌道組成的六角形蜂巢晶格，自2004年被發現以來收到廣泛關注。石墨烯是目前最薄卻也最堅硬的納米材料，常溫下其電子迀移率超過15000cm2/v.s，電阻率只有約10—6Ω.cm，比銅和銀還要低，為電阻率最小的材料。
[0003]石墨烯的制備方法主要包括兩大類:物理法和化學法，這兩種方法各有其優缺點。物理方法主要包括機械剝離法、液相剝離法、直接生長法等，所制備的石墨稀引入雜質較少，不會破壞碳六元環結構，獲得的石墨烯質量較高，但片徑大部分小于5微米。化學方法制備石墨稀主要包括氧化石墨烯還原法、有機合成法、溶劑熱合成法等。尤其是氧化石墨烯還原法，主要機理是通過高純鱗片石墨強氧化得到，但是在氧化過程中由于強氧化劑的作用使得石墨烯晶格破碎，造成氧化石墨烯溶液中片徑大小不一，還原后石墨烯差異很大。
[0004]氧化石墨烯的濃縮方法主要有真空濃縮、盤管式濃縮、離心濃縮、板式濃縮等，如何通過濃縮使得氧化石墨烯溶液片徑分離是制備不同片徑石墨烯的一個難點。
【發明內容】
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[0005]本發明所要解決的技術問題在于提供一種工藝簡單、成本低廉、高效的石墨烯分離方法。
[0006]本發明所要解決的技術問題采用以下的技術方案來實現:
[0007]—種石墨烯分離方法，包括如下步驟:
[0008](1)將高純鱗片石墨、濃硫酸、發煙硝酸、濃磷酸按照1:1?100:1?20:1?20重量比混合，在20?100°C混合反應1?16h，反應完成后用超純水清洗至pH接近7，抽濾，將過濾后物料放置在高溫烘箱內，溫度25?300°C，干燥12?96h，收集烘干物料；
[0009](2)將步驟(1)所得烘干物料、濃硫酸、硝酸鹽、強氧化劑按照1:1?150:0.1?5:1?20重量比混合，在-5?60°C混合反應1?20h，反應完成后用1:10?5000重量比的超純水稀釋，添加1:1?100重量比的雙氧水，混合反應0.1?3h，將反應后溶液用鹽酸和超純水按照1:0.5?5:10?5000重量比例清洗至pH接近7 ；
[0010](3)將步驟(2)清洗后的氧化石墨烯溶液用新型濃縮方法濃縮，得到上中下濃度不同、片徑分離顯著的氧化石墨烯溶膠；
[0011](4)將步驟(3)得到的氧化石墨烯溶膠放入還原劑中還原，即可得到不同片徑的石墨稀。
[0012]所述步驟(1)中的高純鱗片石墨目數為30目、50目、100目或200目。
[0013]所述步驟(1)中的發煙硝酸濃度在65%以上。
[0014]所述步驟(2)中的硝酸鹽選自硝酸鉀、硝酸鈉中的一種。
[0015]所述步驟(2)中的強氧化劑選自謂1104、1(2007、順4勵3、(順4)23208、1((:104、1^604、硝酸中的一種。
[0016]所述步驟(3)中的新型濃縮方法由送料裝置、濃縮設備和廢水收集裝置組成。
[0017]所述送料裝置采用栗式輸送，材質為不銹鋼，流量為0?20000mL/min。
[0018]所述濃縮設備采用離心方式濃縮，材質為不銹鋼材質，容積為0?50L，離心轉速為1000?30000r/min，離心時間為1?15h，生產能力為0?3000L/h。
[0019]所述步驟(4)中的還原劑選自水合肼、硼氫化鈉、鋁氫化鋰、氫碘酸、氫溴酸、維生素C、葡萄糖中的一種或多種組成。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021 ] (1)采用穩定的輸送系統，實現物料的自動化供給；
[0022](2)采用超高轉速濃縮，水汽快速脫除，短時間內實現氧化石墨烯溶液濃度和片徑的分離；
[0023](3)石墨烯分離工藝簡單，成本低廉，易于工業化生產。
【附圖說明】
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[0024]圖1為氧化石墨烯溶液濃縮設備示意圖；
[0025]1-手柄;2-滑動軸承組件;3-機身門；4-轉鼓組件;5-集液盤組件;6_保護套;7_主軸;8-機頭組件;9-壓帶輪組件;10-皮帶；11-電機傳動組件;12-防護罩;13-機身；
[0026]圖2為分離后氧化石墨烯溶膠上中下固含量分布圖；
[0027]圖3為分離后氧化石墨烯溶膠上層高倍觀察結果；
[0028]圖4為分離后氧化石墨烯溶膠中層高倍觀察結果；
[0029]圖5為分離后氧化石墨烯溶膠下層高倍觀察結果。
【具體實施方式】
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[0030]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
[0031]實施例1
[0032](1)將50目高純鱗片石墨、濃硫酸、發煙硝酸、濃磷酸按照一定重量比有序加入反應瓶中。在室溫下混合反應12?24h，反應完成后用超純水清洗溶液至pH接近7，抽濾，將過濾后物料放置在高溫烘箱內，溫度200?300°C，干燥24?96小時，收集烘干物料。
[0033](2)將步驟(1)所得烘干物料進行第二次氧化。將烘干物料、濃硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀按照一定重量比分批加入反應瓶中，在冰浴下混合反應24h，反應完成后用1: (2000?5000)重量比超純水稀釋;添加1:(20?50)重量比雙氧水，混合反應1?3h，將反應后溶液用鹽酸和超純水按照1: (1?3): (2000?5000)重量比例清洗至pH接近7。
[0034](3)將步驟(2)所得清洗后的氧化石墨烯溶液用新型濃縮方法濃縮，送料流量200?400r/min，濃縮轉速10000r/min，時間2h，完成后收集上層、中層、下層石墨稀溶膠。測得溶膠上層片徑17.5μηι，中層片徑28.3μηι，下層片徑47.2μηι。
[0035](4)將步驟(3)得到的上中下不同濃度、不同片徑的氧化石墨烯溶膠放入水合肼中還原，即可得到不同片徑的石墨烯。
[0036]實施例2
[0037]將步驟(3)中濃縮轉速調整為11000r/min，時間為2h，完成后收集上層、中層、下層石墨烯溶膠。測得溶膠上層片徑15.1μπι，中層片徑26.3μπι，下層片徑49.7μπι。其它步驟同實施例1。
[0038]實施例3
[0039]將步驟(3)中濃縮轉速調整為12000r/min，時間為2h，完成后收集上層、中層、下層石墨烯溶膠。測得溶膠上層片徑測得溶膠上層片徑16.5μπι，中層片徑28.7μπι，下層片徑50.2μπι。其它步驟同實施例1。
[0040]實施例4
[0041 ]將步驟(3)中濃縮轉速調整為13000r/min，時間為2h，完成后收集上層、中層、下層石墨烯溶膠。測得溶膠上層片徑13.5μπι，中層片徑25.7μπι，下層片徑57.9μπι。其它步驟同實施例1。
[0042]實施例5
[0043]將步驟(3)中濃縮轉速調整為14000r/min，時間為2h，完成后收集上層、中層、下層石墨烯溶膠。測得溶膠上層片徑13.8μπι，中層片徑26.7μπι，下層片徑55.5μπι。其它步驟同實施例1。
[0044]實施例6
[0045]將步驟(3)中濃縮轉速調整為15000r/min，時間為2h，完成后收集上層、中層、下層石墨烯溶膠。測得溶膠上層片徑10.6μπι，中層片徑27.7μπι，下層片徑68.3μπι。其它步驟同實施例1。
[0046]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種石墨烯分離方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將高純鱗片石墨、濃硫酸、發煙硝酸、濃磷酸按照1:1?100:1?20:1?20重量比混合，在20?100°C混合反應1?16h，反應完成后用超純水清洗至pH接近7，抽濾，將過濾后物料放置在高溫烘箱內，溫度25?300°C，干燥12?96h，收集烘干物料； (2)將步驟(1)所得烘干物料、濃硫酸、硝酸鹽、強氧化劑按照1:1?150:0.1?5:1?20重量比混合，在_5?60°C混合反應1?20h，反應完成后用1:10?5000重量比的超純水稀釋，添加1:1?100重量比的雙氧水，混合反應0.1?3h，將反應后溶液用鹽酸和超純水按照1:0.5?5:10?5000重量比例清洗至pH接近7 ； (3)將步驟(2)清洗后的氧化石墨烯溶液用新型濃縮方法濃縮，得到上中下濃度不同、片徑分離顯著的氧化石墨烯溶膠； (4)將步驟(3)得到的氧化石墨烯溶膠放入還原劑中還原，即可得到不同片徑的石墨稀。2.根據權利要求1所述的石墨烯分離方法，其特征在于:所述步驟(1)中的高純鱗片石墨目數為30目、50目、100目或200目。3.根據權利要求1所述的石墨烯分離方法，其特征在于:所述步驟(1)中的發煙硝酸濃度在65%以上。4.根據權利要求1所述的石墨烯分離方法，其特征在于:所述步驟(2)中的硝酸鹽選自硝酸鉀、硝酸鈉中的一種。5.根據權利要求1所述的石墨烯分離方法，其特征在于:所述步驟(2)中的強氧化劑選自KMn04、K2Cr07、NH4NO3、(NH4)2S208、KC104、K4Fe04、硝酸中的一種。6.根據權利要求1所述的石墨烯分離方法，其特征在于:所述步驟(3)中的新型濃縮方法由送料裝置、濃縮設備和廢水收集裝置組成。7.根據權利要求6所述的石墨烯分離方法，其特征在于:所述送料裝置采用栗式輸送，材質為不銹鋼，流量為0?20000mL/min。8.根據權利要求6所述的石墨烯分離方法，其特征在于:所述濃縮設備采用離心方式濃縮，材質為不銹鋼材質，容積為0?50L，離心轉速為1000?30000r/min，離心時間為1?15h，生產能力為0?3000L/h。9.根據權利要求1所述的石墨烯分離方法，其特征在于:所述步驟(4)中的還原劑選自水合肼、硼氫化鈉、鋁氫化鋰、氫碘酸、氫溴酸、維生素C、葡萄糖中的一種或多種組成。
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯分離方法，涉及石墨烯技術領域，本發明包括以下步驟：高純鱗片石墨經過首次氧化形成膨脹石墨，再經過第二次氧化得到氧化石墨烯溶液，經新型濃縮方法濃縮后得到不同片徑不同濃度的氧化石墨烯溶膠，經還原劑還原后即可得到不同片徑的石墨烯。本發明濃縮方法由送料裝置、濃縮設備、廢水收集裝置等組成，工藝簡單，成本低廉，石墨烯分離高效，滿足工業化需要。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105439130
【申請號】CN201510943801
【發明人】王允強, 靳建光, 盛偉
【申請人】寧國市龍晟柔性儲能材料科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月16日