一種生產石墨烯的方法
【專利摘要】本發明公開了一種生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟：S1.將石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為：乙醇100份、環戊二烯30～60份、三價鐵鹽10～20份、磨砂劑1～3份；S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為50℃～150℃，壓力為1～3atm，攪拌軸轉速為1000～2000rpm/min，反應時間3～6h；S3.停止反應后將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置；S4.將石墨烯懸浮液輸送至離心機內離心，離心后取上層清液真空過濾得到濾餅；S5.將濾餅洗滌，冷凍干燥。該制備方法在剝離石墨烯的同時，不腐蝕設備，不損傷石墨烯結構。
【專利說明】
一種生產石墨烯的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及石墨烯生產技術領域，具體涉及一種生產石墨烯的方法。
【背景技術】
[0002] 石墨烯是一種具有良好柔性、電性能的二維材料。需要補充的是，嚴格意義上說， 石墨烯是一種單層的片狀；不過由于單層石墨烯的制備難度，一般也把具有相近性能的寡 層石墨烯也歸類于石墨烯的范疇內。
[0003] 目前，石墨烯制備的方法主要有：化學生長法和物理剝離法。相比于效率低、不適 合于工業化批量生產的化學生長法，物理剝離法主要是采用低廉的石墨為原料，通過對石 墨晶體施加機械力使石墨層間發生剝離，打破石墨層間的范德華力，形成單片石墨烯或寡 層石墨烯，這種物理剝離方法更具有工業化前景和適合規模化生產。
[0004] 在石墨烯剝離方法中，需要加入一些助劑以增加石墨的層間間距或是所謂的插 層，從而使石墨更好地剝離。如采用硝酸、高錳酸鉀、三氧化鉻或過氧化氫作為氧化劑，濃硫 酸作為插層劑，在石墨層間或邊緣引入羥基、環氧基團和羧基等含氧基團，增大了石墨層間 距，利于后續石墨層間剝離。但是這種化學物質插層工藝耗酸量大，生產過程中有S0x、N0x 等有害氣體或重金屬離子的污染，產品中有硫殘留，最終得到的石墨烯易產生缺陷，并且在 應用中對設備有腐蝕，降低了設備的使用壽命，增加了生產成本。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種生產石墨烯的方法，該 方法通過從石墨中物理剝離出石墨烯，不僅可以有效地剝離石墨，且對石墨烯的結構破壞 小。
[0006] 為實現本發明的目的，本發明的技術方案是：一種生產石墨烯的方法，該方法包括 以下步驟：
[0007] S1.將石墨鱗片和剝離液按照1 : 2~5的重量比注入帶有攪拌器的釜體內，啟動 釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為：
[0008]
[0009] 其中，各組份以其重量份數計；
[0010] S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為50°C~150°C，壓力為1~3atm，攪拌軸轉速為 1000 ~2000rpm/min，反應時間 3 ~6h ;
[0011] S3.停止反應后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初 廣品；
[0012] S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為 1000~6000rpm/min，離心時間lOmin~2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到 濾餅；
[0013] S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥 3h以上，即得到石墨稀產品。
[0014] 優選的技術方案是，在步驟S1中，所述磨砂劑為碳化硅微粉。
[0015] 優選的技術方案是，在步驟S1中，所述碳化硅微粉的粒徑不超過10微米。
[0016] 優選的技術方案是，在步驟S1中，所述三價鐵鹽為氯化鐵。
[0017] 優選的技術方案是，在步驟S1中，所述石墨鱗片的純度在98%以上，粒徑為30~ 500 μ m〇
[0018] 現有技術相比，本發明石墨烯制備方法通過特殊的剝離液，其中的三價鐵鹽和環 戊二烯可以插入石墨片層之間，并形成茂金屬增加層間距，配合磨砂劑通過剪切作用可實 現對石墨烯的剝離。特別是采用碳化硅為磨砂劑，其與石墨片層具有良好摩擦性能、且不易 損壞石墨稀結構。該制備方法在剝離石墨稀的同時，不腐蝕設備，不損傷石墨稀結構。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更 加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0020] 實施例1
[0021] 本發明是一種生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟：
[0022] S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器 的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為：乙醇100重 量份數、環戊二稀30重量份數、氯化鐵10重量份數、碳化娃1重量份數。其中碳化娃微粉 的粒徑不超過10微米。這里，石墨鱗片和剝離液的重量比為1 : 6。
[0023] S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為50°C，壓力為latm，攪拌軸轉速為2000rpm/min， 反應時間3h。
[0024] S3.停止反應后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初 廣品。
[0025] S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為 1000rpm/min，離心時間2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅。
[0026] S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥 3h以上，即得到石墨稀產品。
[0027] 實施例2
[0028] 本發明是一種生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟：
[0029] S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器 的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中，剝離液的組成為：乙醇100重 量份數、環戊二稀40重量份數、氯化鐵16重量份數、碳化娃1. 5重量份數。其中碳化娃微 粉的粒徑不超過10微米。這里，石墨鱗片和剝離液的重量比為1 : 5。
[0030] S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為100°C，壓力為3atm，攪拌軸轉速為lOOOrpm/ min，反應時間6h。
[0031] S3.停止反應后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初 廣品。
[0032] S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為 6000rpm/min，離心時間lOmin，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅。
[0033] S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥 3h以上，即得到石墨稀產品。
[0034] 實施例3
[0035] 本發明是一種生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟：
[0036] S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器 的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中，剝離液的組成為：乙醇100重 量份數、環戊二稀50重量份數、氯化鐵18重量份數、碳化娃2重量份數。其中碳化娃微粉 的粒徑不超過10微米。這里，石墨鱗片和剝離液的重量比為1 : 4。
[0037] S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為120°C，壓力為2atm，攪拌軸轉速為1500rpm/ min，反應時間5h。
[0038] S3.停止反應后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初 廣品。
[0039] S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為 3000rpm/min，離心時間lh，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅。
[0040] S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥 3h以上，即得到石墨稀產品。
[0041] 實施例4
[0042] 本發明是一種生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟：
[0043] S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器 的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中，剝離液的組成為：乙醇100重 量份數、環戊二稀60重量份數、氯化鐵20重量份數、碳化娃3重量份數。其中碳化娃微粉 的粒徑不超過10微米。這里，石墨鱗片和剝離液的重量比為1 : 2。
[0044] S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為130°C，壓力為2atm，攪拌軸轉速為1800rpm/ min，反應時間4h。
[0045] S3.停止反應后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初 廣品。
[0046] S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為 5000rpm/min，離心時間30min，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅。
[0047] S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥 3h以上，即得到石墨稀產品。
[0048] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種生產石墨烯的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：51. 將石墨鱗片和剝離液按照1 : 2~10的重量比注入帶有攪拌器的釜體內，啟動釜 體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為： 乙醇 100份、 環戊二烯 30-60份、 三價鐵鹽 10 ~ 20份、 磨砂劑 1~3份； 其中，各組份以其重量份數計；52. 加熱釜體，保持釜體內溫度為50°C~150°C，壓力為1~3atm，攪拌軸轉速為 1000 ~2000rpm/min，反應時間 3 ~6h ;53. 停止反應后通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初產品；54. 將步驟S3得到的儲料罐內的石墨稀懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為1000~ 6000rpm/min，離心時間IOmin~2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；55. 將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥3h以 上，即得到石墨烯產品。2. 如權利要求1所述的生產石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟Sl中，所述磨砂劑為 碳化硅微粉。3. 如權利要求2所述的生產石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟Sl中，所述碳化硅微 粉的粒徑不超過10微米。4. 如權利要求1所述的生產石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟Sl中，所述三價鐵鹽 為氯化鐵。5. 如權利要求1所述的生產石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟Sl中，所述石墨鱗片 的純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m。
【文檔編號】C01B31/04GK105883777SQ201410750721
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月9日
【發明人】戴加龍
【申請人】戴加龍