专利名称：一种石墨纳米片的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米片的制备，具体地说是以石墨为路易斯酸、五氧化 二铌为路易斯碱制备石墨纳米片的方法。
技术背景石墨纳米片来源丰富、价格低廉，而且具有极高的耐腐蚀性和化学稳定 性，同时还具有良好的导电和导热性，是一种重要的固体功能材料。由于它 特有的层状结构和层间化学反应活性，使其在吸附、传导、分离和催化领域具 有广阔的应用前景，被广泛地应用于耐火材料、电极、陶瓷以及导电涂料等 方面。在石墨晶体中，同层碳原子以SP2杂化形成共价键，剩下的P轨道上 电子形成离域键，所以碳原子间结合力相当强，不易破碎。而层与层之间是 靠微弱的范德华力结合起来的，距离较大，容易滑动。目前制备石墨纳米片 的方法主要是湿化学法和电化学法。湿化学法是用强氧化剂如浓硫酸为插层 剂，配以各种氧化剂如高锰酸钾、浓硝酸和五氧化二磷与天然鳞片石墨反应。 用这种方法制备石墨纳米片，在水洗、烘干和高温膨胀过程中，石墨层间插入物分解，大部分HS(V离子和H2S(^分子转化为S02而逸出，但仍残存HS(V 以及含硫热解生成物，因此制得的石墨片中含有大量的硫(含硫量高3% 4.5%)。这种石墨片作密封材料时，残存的硫会促使石墨与金属间的电偶腐 蚀和缝隙腐蚀，严重阻碍了其在一些重要部门的应用。电化学法合成石墨纳 米片的过程中，需将天然鳞片石墨用铂金网包裹起来和辅助阳极一起构成阳 极室，插层剂溶液作电解液，通直流或脉冲电流，进行阳极氧化，脱酸、水洗、 脱水干燥得到。这种方法成本很高，有很大的局限性，难以用于工业化生产。 由于石墨纳米片颗粒粒度小，范德华力强、表面活性能大，容易发生聚集引，使得其颗粒性能劣化，也影响了纳米石墨片的应用，因此研究分散性好的纳米石墨片对拓展纳米石墨片的应用至关重要。发明内容本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种石墨纳米片的制备方 法，该方法无需加入昂贵的原料而且改变了传统的球磨方式，具有高效，能 耗低，易操作，产率高等特点，适合工业化生产。实现本发明目的的具体技术方案是一种石墨纳米片的制备方法，它包括以下具体步骤a、 以石墨(C)和五氧化二铌(Nb205)为原料，按恥205质量的5% 20%加入石墨，在玛瑙研钵中充分预研磨。b、 将预研磨后的粉体放入螺杆研磨机中研磨2 15小时。c、 称取氢氧化钾固体，配制成5mo1/1的氢氧化钾溶液。d、 将b步骤中研磨过的粉体按10g/L的比例加入上述氢氧化钾溶液，搅 拌48 120小时后，在10000r/min的高速离心机下离心20分钟，弃去离心 液。e、 在离心所得的固体中加入等体积的去离子水，搅拌24小时后离心， 弃去离心液，再在所得的固体中加入等体积的去离子水，搅拌24小时，离心， 上层的离心液即为中性的石墨纳米片溶胶；f、 在上述溶胶中按体积比l: l加入无水乙醇，静置5小时后，溶胶聚 沉，过滤，所得粉末于6(TC下烘6小时，研磨，即可得到石墨纳米片。所述螺杆研磨机是已公开的名称为《一种螺杆研磨机》，申请号200710170826.2的发明专利申请。本方法采用了作为路易斯碱的五氧化二铌为与作为路易斯酸的石墨一起研磨，研磨的过程中五氧化二铌在切向力的作用下插入石墨层中，使得石墨 层间距进一步变大，后期氢氧化钾溶液处理除去了层中的五氧化二铌的同时 又起到剥层的作用，使得层间之间的结合力进一步减弱，层与层滑脱，形成厚度约为5纳米，大小约为100 200纳米的单层或者多层的纳米片状材料。本发明的有益效果是(1) 、采用廉价的石墨为生产原料，降低生产成本。(2) 、氢氧化钾溶液可以循环使用，减少对环境的污染，节省能源，降低 成本。(3) 、所得石墨纳米片具有很好的导电导热性能。
图1为本发明实施例2中b步骤磨15小时候所得粉体的XRD2为本发明实施例2所得石墨纳米片的XRD3为本发明实施例2所得石墨纳米片的SEM4为本发明实施例3中e步骤所得石墨溶胶的TEM5为本发明实施例6中e步骤所得石墨溶胶的TEM图具体实施方式
实施例1a、 称取五氧化二铌(Nb205) 100g和石墨5g，在玛瑙研钵中充分预研磨。b、 将预研磨后的粉体放入螺杆研磨机中研磨2小时。c、 称取28g氢氧化钾，加入去离子水100ml，配成5mo1/1的氢氧化钾 溶液100ml。d、 称取b步骤中研磨过的粉体lg加入5mo1/1的氢氧化钾溶液100ml， 搅拌48小时后，在10000r/min的高速离心机下离心20分钟，弃去离心液。e、 在离心所得的固体中加入100ml去离子水，搅拌24小时后离心，弃 去离心液，再在所得的固体中加入100ml去离子水，搅拌24小时，离心，上 层的离心液即为中性的石墨纳米片溶胶。f、 取上述石墨溶胶50ml，加入50ml的无水乙醇，静置5小时后，溶胶 聚沉，过滤，所得粉末于6(TC下烘6小时，研磨，即可得到石墨纳米片。 实施例2a、 称取五氧化二铌(Nb205) 120g和石墨6g，在玛瑙研钵中充分预研磨。b、 将预研磨后的粉体放入螺杆研磨机中研磨15小时。c、 称取28g氢氧化钾，加入去离子水100ml，配成5mo1/1的氢氧化钾 溶液100ml。d、 称取b歩骤中研磨过的粉体lg加入5mo1/1的氢氧化钾溶液100ml， 搅拌120小时后，在誦0r/min的高速离心机下离心20分钟，弃去离心液。e、 在离心所得的固体中加入100ml的去离子水，搅拌24小时后离心， 弃去离心液，再在所得的固体中加入100ml的去离子水，搅拌24小时，离心， 上层的离心液即为中性的石墨纳米片溶胶。f、 取上述石墨溶胶50ml，加入50ml的无水乙醇，静置5小时后，溶胶 聚沉，过滤，所得粉末于6(TC下烘6小时，研磨，即可得到石墨纳米片。 实施例3a、 称取五氧化二铌(NbA) 150g和石墨15g，在玛瑙研钵中充分预研磨。b、 将预研磨后的粉体放入螺杆研磨机中研磨IO小时。c、 称取28g氢氧化钾，加入去离子水100ml，配成5mo1/1的氢氧化钾 溶液100ml。d、 称取b步骤中研磨过的粉体0. 6g加入5mo1/1的氢氧化钾溶液60ml，搅拌120小时后，在10000r/min的高速离心机下离心20分钟，弃去离心液。e、 在离心所得的固体中加入60ml去离子水，搅拌24小时后离心，弃去 离心液，再在所得的固体中加入60ml去离子水，搅拌24小时，离心，上层 的离心液即为中性的石墨纳米片溶胶。f、 取上述石墨溶胶50ml，加入50ml的无水乙醇，静置5小时后，溶胶 聚沉，过滤，所得粉末于6(TC下烘6小时，研磨，即可得到石墨纳米片。 实施例4a、 称取五氧化二铌(Nb刀5) 120g和石墨18g，在玛瑙研钵中充分预研磨。b、 将预研磨后的粉体放入螺杆研磨机中研磨IO小时。c、 称取28g氢氧化钾，加入去离子水100ml，配成5mo1/1的氢氧化钾 溶液100ml。d、 称取b步骤中研磨过的粉体0. 5g加入5mo1/1的氢氧化钾溶液50ml， 搅拌96小时后，在10000r/min的高速离心机下离心20分钟，弃去离心液。e、 在离心所得的固体中加入50ml去离子水，搅拌24小时后离心，弃去 离心液，再在所得的固体中加入50ml去离子水，搅拌24小时，离心，上层的离心液即为中性的石墨纳米片溶胶。f、 取上述石墨溶胶20ml，加入20ml的无水乙醇，静置5小时后，溶胶 聚沉，过滤，所得粉末于6(TC下烘6小时，研磨，即可得到石墨纳米片。 实施例5a、 称取五氧化二铌(Nb205) 120g和石墨18g，在玛瑙研钵中充分预研磨。b、 将预研磨后的粉体放入螺杆研磨机中研磨2小时。c、 称取28g氢氧化钾，加入去离子水100ml，配成5mo1/1的氢氧化钾 溶液100ml。d、 称取b步骤中研磨过的粉体0. 3g加入5mo1/1的氢氧化钾溶液30ml， 搅拌48小时后，在10000r/min的高速离心机下离心20分钟，弃去离心液。e、 在离心所得的固体中加入30ml去离子水，搅拌24小时后离心，弃去 离心液，再在所得的固体中加入30ml去离子水，搅拌24小时，离心，上层 的离心液即为中性的石墨纳米片溶胶。f、 取上述石墨溶胶40ml，加入40ml的无水乙醇，静置5小时后，溶胶 聚沉，过滤，所得粉末于6(TC下烘6小时，研磨，即可得到石墨纳米片。 实施例6a、 称取五氧化二铌(NbA) 100g和石墨20g，在玛瑙研钵中充分预研磨。b、 将预研磨后的粉体放入螺杆研磨机中研磨6小时。c、 称取28g氢氧化钾，加入去离子水100ml，配成5mo1/1的氢氧化钾 溶液100ml。d、 称取b步骤中研磨过的粉体lg加入5mo1/1的氢氧化钾溶液100ml， 搅拌48小时后，在10000r/min的高速离心机下离心20分钟，弃去离心液。e、 在离心所得的固体中加入100ml去离子水，搅拌24小时后离心，弃 去离心液，再在所得的固体中加入100ml去离子水，搅拌24小时，离心，上 层的离心液即为中性的石墨纳米片溶胶。f、 取上述石墨溶胶10ml，加入10ml的无水乙醇，静置5小时后，溶胶 聚沉，过滤，所得粉末于6(TC下烘6小时，研磨，即可得到石墨纳米片。
权利要求
1、一种石墨纳米片的制备方法，其特征在于它包括以下具体步骤a、以石墨(C)和五氧化二铌(Nb2O5)为原料，按Nb2O5质量的5％～20％加入石墨，在玛瑙研钵中充分预研磨；b、将预研磨后的粉体放入螺杆研磨机中研磨2～15小时；c、称取氢氧化钾固体，配制成5mol/l的氢氧化钾溶液；d、将b步骤中研磨过的粉体按10g/L的比例加入5mol/l的氢氧化钾溶液，搅拌48～120小时后，在10000r/min的高速离心机下离心20分钟，弃去离心液；e、在离心所得的固体中加入等体积的去离子水，搅拌24小时后离心，弃去离心液，再在所得的固体中加入等体积的去离子水，搅拌24小时，离心，离心液即为中性的石墨纳米片溶胶；f、在上述溶胶中按体积比1∶1加入无水乙醇，静置5小时后，溶胶聚沉，过滤，所得粉末于60℃下烘6小时，研磨，即可得到石墨纳米片。
全文摘要
本发明公开了一种石墨纳米片的制备方法，该方法以石墨和五氧化二铌为原料，按五氧化二铌质量的5％～20％加入石墨，充分预研磨后的粉体放入螺杆研磨机中研磨2～15小时，将粉体按10g/L的比例加入到5mol/l的氢氧化钾溶液中，搅拌48～120小时后，在10000r/min的高速离心机下离心，所得固体中加入等体积的去离子水，搅拌、离心、再搅拌、再离心，上层离心液中按体积比1∶1加入无水乙醇，静置5小时后，溶胶聚沉，过滤，所得粉末于60℃下烘6小时，研磨，得到石墨纳米片。本发明具有工艺简单，易操作，分散性好，颗粒均匀，成本低廉等优点。
文档编号C01B31/00GK101544367SQ200910050279
公开日2009年9月30日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者杰 宋, 娜 张, 强 李, 李彩霞, 晶 褚 申请人:华东师范大学