一种制备氧化石墨烯的方法
【专利摘要】本发明涉及一种制备氧化石墨烯的方法，属于氧化石墨烯制备【技术领域】。该方法先是针对天然鳞片石墨采取化学处理方法制备氧化石墨，然后对其进行分离提纯，最后将纯化的氧化石墨和水混合，进行超声分散，得到稳定分散液，将该分散液喷雾干燥处理即可得到氧化石墨烯粉体。该发明通过氧化石墨混悬液的室温自然沉降实现氧化石墨固体与水溶液的有效分离，制备过程中产生的绝大多数无机离子杂质会随着上层清液被清除掉，简化了洗涤步骤。采用无水乙醇离心洗涤的方法，离心过程中固液分离很容易实施，克服了水洗过程中固液分离难的问题，极大地节约了时间，提高了效率。
【专利说明】一种制备氧化石墨烯的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备氧化石墨烯的方法，属于氧化石墨烯制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面碳纳米材料，特殊的单原子层结构赋予其优异的力学、电学和热学等性能。石墨烯在微电子、量子物理、材料、化学等领域都表现出令人振奋的性能和应用前景，已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点。目前石墨烯的制备方法有机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、电化学法、化学氧化还原法。上述方法除化学氧化还原法之外，大都存在着产率低、成本高、质量难以控制以及无法规模化等问题。化学氧化还原法以其低成本优势成为目前使用最广泛的方法，也是最有可能实现石墨烯批量化生产的途径之一。该方法首先将石墨插层氧化得到氧化石墨，将氧化石墨洗涤纯化后进一步剥离得到氧化石墨烯，再将氧化石墨烯还原即得到石墨烯。氧化石墨烯是化学合成石墨烯及其复合材料的前驱体，其高效制备是实现石墨烯规模化生产与应用的前提。
[0003]氧化石墨烯的制备建立在首先获取大量氧化石墨的基础上，而现有的氧化石墨的分离提纯(从含有残留杂质的水溶液中分离出来)方法是首先采用抽滤的方法将氧化石墨粗产品分离出来，然后采用抽滤或离心的方法用稀HCl溶液和去离子水对氧化石墨粗产品进行多次洗涤。在上述氧化石墨的分离提纯过程中，每步抽滤或离心处理都非常的困难，特别是在对氧化石墨水洗的过程中，采用普通的抽滤或离心的方法均很难将氧化石墨固体从水溶液中分离出来。所以，氧化石墨的分离提纯是一个效率低，耗时长的过程。如何实现氧化石墨的高效分离提纯是高效规模化制备氧化石墨烯急需解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对氧化石墨烯制备过程中存在的难题，从氧化石墨的高效分离提纯入手，提供一种高效制备氧化石墨烯的方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0006]一种制备氧化石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0007](I)制备氧化石墨:
[0008](Ia)以原料天然鳞片石墨为标准，每Ig天然鳞片石墨为1份。将1份天然鳞片石墨、1份过硫酸钾和1份五氧化二磷加入到IOml /份浓硫酸中，超声分散5min，80°C油浴下磁力搅拌6h，减压抽滤洗涤后将滤饼真空干燥、研磨。
[0009](Ib)将干燥后的成分放入烧杯中，加入50ml /份浓硫酸并超声分散均匀，缓慢加入6份高锰酸钾并在冰水浴保护下电动搅拌4h ;加入100ml /份去离子水后将混合液移入水浴锅中保持40°C继续搅拌2h。
[0010](Ic)停止搅拌并加入300~1000ml /份的去离子水，再加入8ml /份双氧水，得
到亮黄色氧化石墨混悬液。[0011](2)分离提纯氧化石墨:
[0012](2a)将步骤⑴中得到的氧化石墨混悬液室温电动搅拌IOmin后，室温沉降I~2h，倒去上层清液，取下层沉淀倒入离心管或离心杯中离心沉降，倒去上层水。
[0013](2b)向残留在离心管 中的沉淀中倒入无水乙醇，搅拌或超声分散后离心，去除上
层清液。
[0014](2c)在步骤(2b)中，用无水乙醇离心洗涤重复进行2~3次，此时体系的PH值为
6.0~6.5，收集下层沉淀、干燥，获得纯化的氧化石墨。
[0015](3)制备氧化石墨烯:将纯化的氧化石墨和水按质量比1:500~1000混合，500W
超声分散I~3h，得到棕黄色的稳定分散液，将该分散液喷雾干燥处理即可得到氧化石墨烯粉体。
[0016]进一步地，步骤(2a)中离心转速为4000转/分钟，时间为5min。
[0017]进一步地，步骤(2b)中离心转速为4000~6000转/分钟；时间为5min。
[0018]该发明的有益效果在于:⑴通过氧化石墨混悬液的室温自然沉降I~2h，即可实现氧化石墨固体与水溶液的有效分离。因为氧化石墨制备后期加入了大量的水，制备过程中产生的绝大多数无机离子杂质会随着上层清液被清除掉，简化了洗涤步骤。(2)采用无水乙醇离心洗涤的方法，离心过程中固液分离很容易实施，离心洗涤15~30min即可完成，克服了水洗过程中固液分离难的问题，极大地节约了时间，提高了效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例1中氧化石墨烯的透射电镜照片。
[0020]图2为本发明实施例1中氧化石墨烯的红外光谱图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例进一步阐述该发明的【具体实施方式】。
[0022]实施例1
[0023]一种制备氧化石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0024](I)制备氧化石墨:
[0025](Ia)将IOg天然鳞片石墨、IOg过硫酸钾和IOg五氧化二磷加入到100ml浓硫酸中，超声分散5min，80°C油浴下磁力搅拌6h，减压抽滤洗涤后将滤饼真空干燥、研磨。
[0026](Ib)将干燥后的成分放入烧杯中，加入500ml浓硫酸并超声分散均匀，缓慢加入60g高锰酸钾并在冰水浴保护下电动搅拌4h ;加入IL去离子水后将混合液移入水浴锅中保持40°C继续搅拌2h。
[0027](Ic)停止搅拌并加入3L的去离子水，再加入80ml双氧水，得到亮黄色氧化石墨混悬液。
[0028](2)分离提纯氧化石墨:
[0029](2a)将步骤⑴中得到的氧化石墨混悬液室温电动搅拌IOmin后，室温沉降lh，倒去上层清液，取下层沉淀倒入离心管或离心杯中离心沉降，离心转速为4000转/分钟，时间为5min,倒去上层水。
[0030](2b)向残留在离心管中的沉淀中倒入无水乙醇，搅拌或超声分散后离心，离心转速为4000转/分钟；时间为5min，去除上层清液。
[0031](2c)在步骤(2b)中，用无水乙醇离心洗涤重复进行2次，此时体系的PH值为6.0,
收集下层沉淀、干燥，获得纯化的氧化石墨。
[0032](3)制备氧化石墨烯:将纯化的氧化石墨和水按质量比1:500混合，500W超声分散3h，得到棕黄色的稳定分散液，将该分散液喷雾干燥处理即可得到氧化石墨烯粉体，透射电镜照片见图1，氧化石墨烯的红外光谱图见图2。
[0033]实施例2
[0034]一种制备氧化石墨烯的方法，包括以下步骤: [0035](I)制备氧化石墨:
[0036](Ia)将IOg天然鳞片石墨、IOg过硫酸钾和IOg五氧化二磷加入到100ml浓硫酸中，超声分散5min，80°C油浴下磁力搅拌6h，减压抽滤洗涤后将滤饼真空干燥、研磨。
[0037](Ib)将干燥后的成分放入烧杯中，加入500ml浓硫酸并超声分散均匀，缓慢加入60g高锰酸钾并在冰水浴保护下电动搅拌4h ;加入IL去离子水后将混合液移入水浴锅中保持40°C继续搅拌2h。
[0038](Ic)停止搅拌并加入5L的去离子水，再加入80ml双氧水，得到亮黄色氧化石墨悬浮液。
[0039](2)分离提纯氧化石墨:
[0040](2a)将步骤⑴中得到的氧化石墨混悬液室温电动搅拌IOmin后，室温沉降2h，倒去上层清液，取下层沉淀倒入离心管或离心杯中离心沉降，离心转速为4000转/分钟，时间为5min,倒去上层水。
[0041](2b)向残留在离心管中的沉淀中倒入无水乙醇，搅拌或超声分散后离心，离心转速为6000转/分钟；时间为5min，去除上层清液。
[0042](2c)在步骤(2b)中，用无水乙醇离心洗涤重复进行3次，此时体系的PH值为6.5，收集下层沉淀、干燥，获得纯化的氧化石墨。
[0043](3)制备氧化石墨烯:将纯化的氧化石墨和水按质量比1:1000混合，500W超声分散lh，得到棕黄色的稳定分散液，将该分散液喷雾干燥处理即可得到氧化石墨烯粉体。
[0044]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种制备氧化石墨烯的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)制备氧化石墨: (Ia)以原料天然鳞片石墨为标准，每Ig天然鳞片石墨为1份；将1份天然鳞片石墨、I份过硫酸钾和1份五氧化二磷加入到IOml /份浓硫酸中，超声分散5min，80°C油浴下磁力搅拌6h，减压抽滤洗涤后将滤饼真空干燥、研磨； (Ib)将干燥后的成分放入烧杯中，加入50ml /份浓硫酸并超声分散均匀，缓慢加入6份高锰酸钾并在冰水浴保护下电动搅拌4h ;加入100ml /份去离子水后将混合液移入水浴锅中保持40°C继续搅拌2h; (Ic)停止搅拌并加入300~1000ml /份的去离子水，再加入8ml /份双氧水，得到亮黄色氧化石墨混悬液； (2)分离提纯氧化石墨: (2a)将步骤⑴中得到的氧化石墨混悬液室温电动搅拌IOmin后，室温沉降I~2h，倒去上层清液，取下层沉淀倒入离心管或离心杯中离心沉降，倒去上层水； (2b)向残留在离心管中的沉淀中倒入无水乙醇，搅拌或超声分散后离心，去除上层清液； (2c)在步骤(2b)中，用无水乙醇离心洗涤重复进行2~3次，此时体系的PH值为6.0~6.5，收集下层沉淀、干燥，获得纯化的氧化石墨； (3)制备氧化 石墨烯:将纯化的氧化石墨和水按质量比1:500~1000混合，500W超声分散I~3h，得到棕黄色的稳定分散液，将该分散液喷雾干燥即可得到氧化石墨烯粉体。
2.根据要求I所述的一种制备氧化石墨烯的方法，其特征在于:所述步骤(2a)中离心转速为4000转/分钟，时间为5min。
3.根据要求I所述的一种制备氧化石墨烯的方法，其特征在于:所述步骤(2b)中离心转速为4000~6000转/分钟；时间为5min。
【文档编号】C01B31/04GK103539108SQ201310525092
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】董建, 徐玉良, 安瑞冰, 李克朋, 朱德振, 刘金宇 申请人:泰山医学院