工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種工業(yè)化生產(chǎn)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球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為：水100份、醇類(lèi)溶劑30～100份、聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50～80份；S2.球磨4～48h，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000rpm/min以上；S3.停止反應(yīng)后將懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置；S4.將石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)離心，離心后取上層清液真空過(guò)濾得到濾餅；S5.將濾餅洗滌，冷凍干燥。該剝離方法可以高效地剝離出石墨烯。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種具有良好柔性、電性能的二維材料。需要補(bǔ)充的是，嚴(yán)格意義上說(shuō)，石墨烯是一種單層的片狀；不過(guò)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(lèi)于石墨烯的范疇內(nèi)。
[0003]目前，石墨烯制備的方法主要有:化學(xué)生長(zhǎng)法和物理剝離法。相比于效率低、不適合于工業(yè)化批量生產(chǎn)的化學(xué)生長(zhǎng)法，物理剝離法主要是采用低廉的石墨為原料，通過(guò)對(duì)石墨晶體施加機(jī)械力使石墨層間發(fā)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(yè)化前景和適合規(guī)?；a(chǎn)。
[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(guò)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(huán)氧基團(tuán)和羧基等含氧基團(tuán)，增大了石墨層間距，利于后續(xù)石墨層間剝離。但是這種化學(xué)物質(zhì)插層工藝耗酸量大，生產(chǎn)過(guò)程中有S0x、N0x等有害氣體或重金屬離子的污染，產(chǎn)品中有硫殘留，最終得到的石墨烯易產(chǎn)生缺陷，并且在應(yīng)用中對(duì)設(shè)備有腐蝕，降低了設(shè)備的使用壽命，增加了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法，該方法可以有效地剝離石墨，且對(duì)石墨烯的結(jié)構(gòu)破壞小。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法，該方法包括以下步驟:
[0007]S1.將純度在98%以上，粒徑為30?500 μ m石墨鱗片和剝離液按照1: 2?5的重量比注入球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:
[0008]水100 份、
[0009]醇類(lèi)溶劑30?100份、
[0010]聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50?80份；
[0011]其中，各組份以其重量份數(shù)計(jì)；
[0012]S2.球磨4?48h，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000rpm/min以上；
[0013]S3.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品；
[0014]S4.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000?6000rpm/min，離心時(shí)間1min?2h，取上層清液，在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)濾得到濾餅；
[0015]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(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產(chǎn)品。
[0016]優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述醇類(lèi)溶劑為乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一種或多種。
[0017]優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟SI中，所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的數(shù)均分子量大于100000。
[0018]現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法通過(guò)在剝離液中添加具有膠水粘性的聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物，使用該組合液配合球磨，可降低對(duì)球磨速度的要求，無(wú)需對(duì)石墨片層超高速剪切即可實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯的高效剝離。該剝離方法可以高效地剝離出石墨烯。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]實(shí)施例1
[0021]本發(fā)明是一種工業(yè)化生產(chǎn)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球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:水100重量份數(shù)、乙醇30重量份數(shù)、聚丙烯酸酯50重量份數(shù)。其中，聚丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1: 2。
[0023]S2.球磨48h，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000rpm/min ；
[0024]S3.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品；
[0025]S4.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000rpm/min，離心時(shí)間2h，取上層清液，在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)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(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產(chǎn)品。
[0027]實(shí)施例2
[0028]本發(fā)明是一種工業(yè)化生產(chǎn)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球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:水100重量份數(shù)、乙醇40重量份數(shù)、正丙醇20重量份數(shù)、聚氨酯改性丙烯酸酯80重量份數(shù)。其中，聚氨酯改性丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1: 3。
[0030]S2.球磨24h，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000rpm/min ;
[0031]S3.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品；
[0032]S4.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為6000rpm/min,離心時(shí)間lOmin，取上層清液，在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)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(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產(chǎn)品。
[0034]實(shí)施例3
[0035]本發(fā)明是一種工業(yè)化生產(chǎn)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球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:水100重量份數(shù)、正丁醇40重量份數(shù)、丙二醇40重量份數(shù)、聚氨酯改性丙烯酸酯60重量份數(shù)。其中，聚氨酯改性丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1: 4。
[0037]S2.球磨8h，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為4000rpm/min ;
[0038]S3.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品；
[0039]S4.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為2000rpm/min，離心時(shí)間lh，取上層清液，在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)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(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產(chǎn)品。
[0041]實(shí)施例4
[0042]本發(fā)明是一種工業(yè)化生產(chǎn)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球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:水100重量份數(shù)、松油醇100重量份數(shù)、聚丙烯酸酯70重量份數(shù)。其中，聚丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1: 5。
[0044]S2.球磨4h，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為6000rpm/min ;
[0045]S3.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品；
[0046]S4.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為5000rpm/min,離心時(shí)間20min，取上層清液，在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)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(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產(chǎn)品。
[0048]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 51.將純度在98%以上，粒徑為30?500μ m石墨鱗片和剝離液按照1: 2?5的重量比注入球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:水100份、 醇類(lèi)溶劑30?100份、 聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50?80份； 其中，各組份以其重量份數(shù)計(jì)； 52.球磨4?48h，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000rpm/min以上； 53.停止反應(yīng)后通過(guò)出料口將懸浮液排出至儲(chǔ)料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品； 54.將步驟S3得到的儲(chǔ)料罐內(nèi)的石墨稀懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000?6000rpm/min，離心時(shí)間1min?2h，取上層清液，在真空過(guò)濾裝置中真空過(guò)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(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。2.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述醇類(lèi)溶劑為乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一種或多種。3.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的數(shù)均分子量大于100000。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK105883758SQ201410750517
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月9日
【發(fā)明人】戴加龍
【申請(qǐng)人】戴加龍