一種氧化石墨烯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化石墨烯的制備方法；它包括，使用硫酸作為溶劑、發(fā)煙硝酸或硝酸鹽作為氧化劑對石墨原料進(jìn)行初步氧化，然后分批加入高錳酸鉀，在一定溫度下完成石墨的深度氧化與剝離，再使用水對反應(yīng)進(jìn)行初步淬滅，最后加入30%過氧化氫水溶液對反應(yīng)進(jìn)行深度淬滅，干燥得到氧化石墨烯；本發(fā)明的有益效果：制備過程簡單，制備溫度低，反應(yīng)條件易于控制，能夠大量制備等優(yōu)點(diǎn)?？梢缘玫疆a(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，沒有附著物，片徑大小均一，具有一致性，易分散的氧化石墨烯。
【專利說明】一種氧化石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化石墨烯【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種氧化石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，其顏色為棕黃色。氧化石墨烯薄片是石墨粉末經(jīng)化學(xué)氧化及剝離后的產(chǎn)物。氧化石墨烯是單一的原子層，可以隨時(shí)在橫向尺寸上擴(kuò)展到數(shù)十微米，因此，其結(jié)構(gòu)跨越了一般化學(xué)和材料科學(xué)的典型尺度。氧化石墨烯可視為一種非傳統(tǒng)型態(tài)的軟性材料，具有聚合物、膠體、薄膜，以及兩性分子的特性。
[0003]化學(xué)法制備氧化石墨烯成本低廉且生產(chǎn)效率較高，現(xiàn)成為工業(yè)生產(chǎn)制備氧化石墨烯的最佳方法。但是目前的方法在產(chǎn)品質(zhì)量控制，反應(yīng)條件控制上存在著種種的不足之處。 本發(fā)明目前解決了這些問題，為制備高質(zhì)量的氧化石墨烯提供了一個(gè)反應(yīng)控制條件簡單， 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定而且能夠大量制備的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種氧化石墨烯的制備方法，它具有制備過程簡單，制備溫度低，反應(yīng)條件易于控制，適于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種氧化石墨烯的制備方法，以98%硫酸作為溶劑、86%發(fā)煙硝酸或硝酸鹽作為氧化劑，石墨與硫酸的質(zhì)量比為1:75-2:225，石墨與硝酸鹽的質(zhì)量比為3:1— 1:2，對石墨進(jìn)行初步氧化；然后分6— 24次加入高錳酸鉀，石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為5:1— 1:3，在 20— 45°C下完成石墨的深度氧化與剝離；再用水對反應(yīng)進(jìn)行初步淬滅，石墨與水的質(zhì)量比為1:50— 1:87 ;最后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%過氧化氫水溶液對反應(yīng)進(jìn)行深度淬滅,過氧化氫水溶液與石墨質(zhì)量比為3:4—9:2，得到氧化石墨烯。
[0007]所述硝酸鹽，為硝酸鈉或硝酸鉀。
`[0008]所述石墨，為粒度48— 10000目的天然鱗片石墨或人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨。
[0009]所述石墨初步氧化，其反應(yīng)條件為，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為60—200rpm，加料完畢后恒溫反應(yīng)溫度為30— 35°C，反應(yīng)時(shí)間為2— 8小時(shí)。
[0010]所述石墨深度氧化，其反應(yīng)條件為，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為60—200rpm，加入高錳酸鉀期間控制溫度小于15°C，加料完畢后恒溫反應(yīng)溫度為20— 45°C，反應(yīng)時(shí)間為70—160小時(shí)。
[0011]所述反應(yīng)初步淬滅，其反應(yīng)條件為，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為60—200rpm，加入水期間控制溫度小于60°C，加料完畢后恒溫反應(yīng)溫度為70— 90°C，反應(yīng)時(shí)間為2— 6小時(shí)。
[0012]所述反應(yīng)深度淬滅，其反應(yīng)條件為，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為60—200rpm，加入過氧化氫水溶液期間控制溫度小于60°C，加料完畢后恒溫反應(yīng)溫度為50— 60°C，反應(yīng)時(shí)間為4一 14小時(shí)。
[0013]本發(fā)明還提供一種根據(jù)上述方法制備的氧化石墨烯。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明方法制備過程簡單，制備溫度低，反應(yīng)條件易于控制，適于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，制備的氧化石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、無附著物、片徑大小均一、易在多種有機(jī)試劑中分散。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯與乙醇混合膠體；
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯的掃描電子顯微鏡照片。
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的X射線衍射圖譜。
[0018]其中，圖3中，1.人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨X射線衍射圖譜，2.本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯的石墨X射線衍射圖譜。
【具體實(shí)施方式】。
[0019]實(shí)施例1:
[0020]在5L四口圓底燒瓶上加裝機(jī)械攪拌、空氣冷凝管、玻璃塞、干燥管、溫度計(jì)。加入人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨40g，硝酸鈉15g，98%硫酸3Kg，恒溫反應(yīng)溫度為30°C，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)為80rpm,反應(yīng)2小時(shí)；分批加入高猛酸鉀60g (每批加料質(zhì)量不得超過5g,加料間隔不得小于3分鐘)，加料期間控制反應(yīng)溫度小于10°C，投料完畢后，自然升至25°C，恒溫反應(yīng)144小時(shí)，由于反應(yīng)液逐漸粘稠，需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恒定為80— 85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加2.5Kg蒸餾水至反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，嚴(yán)格控制滴加速度，加料期間控制反應(yīng)液溫度不超過60°C，外浴開始加熱，控制反應(yīng)液溫度升至80°C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100—105rpm，恒溫4小時(shí)；滴加30%雙氧水100g，控制滴加速度，加料期間反應(yīng)液溫度不得超過60°C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，投料完畢后，50°C恒溫?cái)嚢?4小時(shí)，停止攪拌，離心分離，加入3Kg蒸餾水，反復(fù)洗滌離心2次，干燥得到`氧化石墨烯。
[0021]結(jié)果如附圖所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯與乙醇的混合膠體，表明制備的氧化石墨烯在有機(jī)溶劑中分散性良好，且能夠穩(wěn)定存在；從圖2可知，本發(fā)明實(shí)施例I制備的氧化石墨烯無附著物、片徑大小均一。由圖3可知，石墨的強(qiáng)衍射峰在本發(fā)明實(shí)施例I制備的氧化石墨烯的X射線衍射圖譜中已經(jīng)消失，說明本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨烯充分剝離得到單層。
[0022]實(shí)施例2:
[0023]在5L四口圓底燒瓶上加裝機(jī)械攪拌、空氣冷凝管、玻璃塞、干燥管、溫度計(jì)。加入天然鱗片石墨石墨40g，濃硝酸27g，98%硫酸4Kg。恒溫應(yīng)溫度為30°C，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)為80rpm,反應(yīng)6小時(shí)；分批加入高猛酸鉀30g (每批加料質(zhì)量不得超過5g,加料間隔不得小于3分鐘)，加料期間控制反應(yīng)溫度小于10°C，投料完畢后，自然升至30°C，恒溫反應(yīng)72小時(shí)，由于反應(yīng)液逐漸粘稠，需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恒定為80—85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加2Kg蒸餾水至反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，嚴(yán)格控制滴加速度，加料期間控制反應(yīng)液溫度不超過60°C，外浴開始加熱，控制反應(yīng)液溫度升至90°C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，恒溫2小時(shí)；自然降溫至60°C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，滴加30%雙氧水30g，控制滴加速度，加料期間反應(yīng)液溫度不得超過60°C，停止外部加熱，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，投料完畢后，50°C恒溫?cái)嚢?小時(shí)，停止攪拌，離心分離，加入3Kg蒸餾水，反復(fù)洗滌離心2次，干燥得到氧化石墨烯。[0024]實(shí)施例3:
[0025]在5L四口圓底燒瓶上加裝機(jī)械攪拌、空氣冷凝管、玻璃塞、干燥管、溫度計(jì)。加入天然鱗片石墨石墨40g，濃硝酸80g，98%硫酸4.5Kg。恒溫反應(yīng)溫度為30°C，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)為80rpm,反應(yīng)6小時(shí)；分批加入高猛酸鉀120g (每批加料質(zhì)量不得超過5g,加料間隔不得小于3分鐘)，加料期間控制反應(yīng)溫度小于10°C，投料完畢后，自然升至30°C，恒溫反應(yīng)72小時(shí)，由于反應(yīng)液逐漸粘稠，需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恒定為80— 85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加
3.4Kg蒸餾水至反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，嚴(yán)格控制滴加速度，加料期間反應(yīng)液溫度不超過60°C，外浴開始加熱，控制反應(yīng)液溫度升至90°C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm,恒溫6小時(shí)；自然降溫至60°C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，滴加30%雙氧水180g，控制滴加速度，反應(yīng)液溫度不得超過60°C，停止外部加熱，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm,投料完畢后，60°C 恒溫?cái)嚢?2小時(shí)，停止攪拌，離心分離，加入3Kg蒸餾水，反復(fù)洗滌離心2次，干燥得到氧化石墨烯。
[0026]實(shí)施例4:
[0027]在5L四口圓底燒瓶上加裝機(jī)械攪拌、空氣冷凝管、玻璃塞、干燥管、溫度計(jì)。加入人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨40g，硝酸鉀27g，98%硫酸4Kg。恒溫反應(yīng)溫度為30°C，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)為80rpm，反應(yīng)6小時(shí)；控制反應(yīng)溫度小于10°C，分批加入高錳酸鉀120g，(每批加料質(zhì)量不得超過5g，加料間隔不得小于3分鐘)投料完畢后，自然升至30°C，恒溫反應(yīng)96小時(shí)，由于反應(yīng)液逐漸粘稠，需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恒定為80— 85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加2.5Kg蒸餾水至反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，嚴(yán)格控制滴加速度，加料期間控制反應(yīng)液溫度不超過60°C，外浴開始加熱，控制反應(yīng)液溫度升至70°C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，恒溫4小時(shí)；自然降溫至60°C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，滴加30%雙氧水50g，控制滴加速度，反應(yīng)液溫度不得超過60°C，停止外部加熱，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，投料完畢后，60°C恒溫?cái)嚢?小時(shí)，停止攪拌，離心分離，加入3Kg蒸餾水，反復(fù)洗滌離心2次，干燥得到氧化石墨烯。
[0028]實(shí)施例5:
[0029]在100L單層玻璃反應(yīng)釜內(nèi)，放入人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨500g，硝酸鈉377g，98% 硫酸36Kg。恒溫反應(yīng)溫度為30°C，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)為SOrpm，在該條件下，反應(yīng)14小時(shí)； 控制反應(yīng)溫度小于10°C，分批加入高錳酸鉀2.25Kg (每批加料質(zhì)量不得超過100g，加料間隔不得小于5分鐘)，投料完畢后，自然升至30°C，恒溫反應(yīng)144小時(shí)，由于反應(yīng)液逐漸粘稠， 需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恒定為80— 85rpm ;使用恒壓滴液漏斗滴加28Kg蒸餾水至反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)`轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，嚴(yán)格控制滴加速度，加料期間控制反應(yīng)液溫度不超過70°C，反應(yīng)器外浴開始加熱，控制反應(yīng)液溫度升至90°C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，恒溫2.5小時(shí)；自然降溫至 600C，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm,滴加30%雙氧水1.6Kg，控制滴加速度，反應(yīng)液溫度不得超過60°C。停止外部加熱，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100— 105rpm，投料完畢后，60°C恒溫?cái)嚢?2小時(shí)，停止攪拌，離心分離，加入30Kg蒸餾水，反復(fù)洗滌離心2次，干燥得到氧化石墨烯。
[0030]上述雖然對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，以98%硫酸作為溶劑、86%發(fā)煙硝酸或硝酸鹽作為氧化劑，石墨與硫酸的質(zhì)量比為1:75-2:225，石墨與硝酸鹽的質(zhì)量比為3:1— 1:2，對石墨進(jìn)行初步氧化；然后分6 — 24次加入高錳酸鉀，石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為5:1—1:3，在20— 45°C下完成石墨的深度氧化與剝離；再用水對反應(yīng)進(jìn)行初步淬滅，石墨與水的質(zhì)量比為1:50— 1:87 ;最后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%過氧化氫水溶液對反應(yīng)進(jìn)行深度淬滅,過氧化氫水溶液與石墨質(zhì)量比為3:4— 9: 2，得到氧化石墨烯。
2.如權(quán)利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述硝酸鹽為硝酸鈉或硝酸鉀。
3.如權(quán)利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述石墨為粒度48—10000目的天然鱗片石墨或人工合成形態(tài)規(guī)則的石墨。
4.如權(quán)利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述石墨初步氧化，其反應(yīng)條件為，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為60— 200rpm，反應(yīng)溫度為15_30°C，反應(yīng)時(shí)間為2—8小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述石墨深度氧化，其反應(yīng)條件為，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為60— 200rpm，加入高錳酸鉀期間控制溫度小于15°C，加料完畢后恒溫反應(yīng)溫度為20— 45°C，反應(yīng)時(shí)間為70—160小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述反應(yīng)初步淬滅，其反應(yīng)條件為，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為60—200rpm,加入水期間控制溫度小于60°C,加料完畢后恒溫反應(yīng)溫度為70— 90°C，反應(yīng)時(shí)間為2— 6小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1所述一種氧化石墨烯的制備方法，其特征是，所述反應(yīng)深度淬滅，其反應(yīng)條件為，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為60— 200rpm，加入過氧化氫水溶液期間控制溫度小于60°C，加料完畢后恒溫反應(yīng)溫度為50— `60°C，反應(yīng)時(shí)間為4一 14小時(shí)。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法制備的氧化石墨烯。
【文檔編號】C01B31/04GK103496690SQ201310416137
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】張文, 曹全福, 景海偉, 史振國 申請人:山東聊城魯西化工集團(tuán)有限責(zé)任公司