第一次洗涤需通过流量计及控制阀门控制去离子水的流速，以保证反应釜内温度在10°C以下为宜，之后可用大量去离子水清洗，至洗液的pH值在6-7之间。
[0040]第五步:石墨烯的剥离与还原
[0041]将充分冻干后的氧化石墨转移至微波还原装置5中，在惰性气体保护或真空条件下，惰性气体优选但不限于氮气或氩气；本发明的剥离与还原优先选择在真空条件下进行，真空压强< 35kpa，优选为20kpa。开启微波辐照，功率为l_50kw，时间为20_600s，得到干燥的石墨烯粉末。将干燥后的洗料2自动输入微波腔体进行微波剥离与还原，得到蓬松干燥的石墨烯粉末。
[0042]所述微波还原装置5包括微波腔体、以及与腔体连接的进料端和出料端；所述腔体内壁均匀设置多个微波发射装置，腔体容量为10-100L，微波腔体采用石英或刚玉材质。腔体的进料端设置惰性气体进口，出料端设置抽真空系统。
[0043]本发明中所述原料1包含过硫酸钾(40_1000g)和五氧化二磷(40_1000g)，所述过硫酸钾与五氧化二磷的质量比优选为1:1 ;原料2包含高锰酸钾(100-2500g)和硝酸钠(20-500g);所述化学试剂优选但不限于化学纯和工业级试剂。
[0044]本发明首先利用微波膨胀对石墨进行前处理，得到的蓬松的蠕虫状石墨，更有利于氧化过程的充分进行。对氧化石墨采用微波法进行还原，将剥离过程与还原过程合并为一个步骤，不仅大大缩短了工艺时间，同时避免了大量化学试剂的使用，为石墨烯的大规模制备提供了过程更快速，环境更友好的可行性方法。制备过程中可以采用扫描电子显微镜对蠕虫状石墨和石墨烯的形貌进行表征；采用傅里叶红外测试仪对氧化石墨和石墨烯的含氧基团进行表征，采用拉曼光谱对石墨烯的缺陷进行表征。
[0045]实施例1
[0046]选取粒径为325目的鳞片石墨SOg在1kw的微波条件下辐照5分钟得到蠕虫状石墨。如图2所不为婦虫状石墨的扫描电子显微镜照片，从图片中可以看出，石墨片层未完全分离，但片层间距已经明显增大，且呈现弯曲褶皱状。
[0047]向反应I的反应釜内依次加入5L浓硫酸，120g过硫酸钾和120g五氧化二磷，充分搅拌均匀后再一次性加入蠕虫状石墨。将反应I体系升温至80°C ±5°C并在该温度下保持6小时。开启低温系统，使反应I体系温度控制在10°C以下，剧烈搅拌并缓慢加入去离子水至体系温度不再上升为止，之后再使用足量去离子水洗涤至洗液的PH值在6-7之间。将洗料I充分干燥。在10°C以下的低温条件下，向反应2的反应釜中依次缓慢加入20L浓硫酸，10g高锰酸钾和20g硝酸钠，维持搅拌并在两小时内缓慢加入干燥的洗料1，之后将体系温度升至40°C并在该温度下保持3.5小时。之后缓慢加入40L去离子水将反应2体系温度升至90°C ±5°C，在该温度下继续恒温搅拌30分钟。开启低温循环系统，至反应2体系温度降至20-30°C时一次性迅速加入2L双氧水。至此蠕虫状石墨的氧化过程结束。图4所示为氧化石墨的红外光谱图，从图片中可以看出，氧化石墨含有大量的氧化基团，说明蠕虫状石墨已被充分氧化，同时也说明，微波膨胀后的石墨更利于氧化完全。
[0048]将反应2的产物一次性转移至洗料罐中，搅拌状态下首先加入20L体积浓度为I: 10的稀盐酸清洗，之后加入足量去离子水清洗，直到洗液pH值在6-7之间为止。获得洗料2在_20°C条件下冷冻干燥至无水。
[0049]将干燥的洗料2转移至微波还原腔体内，开启真空系统使微波腔内真空压强为20kpa，设置微波辐照功率为10kw，微波辐照时间为3分钟，开启微波还原系统，即可得到干燥的石墨烯粉末。图3所示为石墨烯的扫描电子显微镜照片，可以看出制备的石墨烯为极薄的单层石墨烯。图5所示为石墨烯的红外光谱图，可以看出经微波剥离与还原后的石墨几乎不含氧化基团，仅在1368.5cm 1处产生一个特征峰，说明微波法对石墨稀的还原表现出优异的特性。图6所示为石墨烯的拉曼光谱图，可以看出石墨烯由较弱的D峰(1350cm 3，较强的G峰(1600cm ')和更加明显的2D峰(2680cm ')组成，2D峰明显强于D峰，说明制备的石墨烯主要是以单层石墨烯为主。
【主权项】
1.一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，步骤为:将石墨放入微波膨胀装置中进行快速膨胀，得到蠕虫状石墨；将蠕虫状石墨进行氧化反应，经洗涤、干燥后得到干燥的氧化石墨；将干燥的氧化石墨送入微波还原装置中，同时进行剥离与还原，得到干燥的石墨烯粉末。2.根据权利要求1所述的一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，所述石墨为鳞片石墨或膨胀石墨，粒度为10-1000目。3.根据权利要求1所述的一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，所述微波膨胀装置中微波功率为Ι-lOOkw，时间为20-1200S，微波膨胀容量为10-250L，对石墨的单次送样量为20-500g。4.根据权利要求1所述的一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，将蠕虫状石墨制备得到氧化石墨的过程具体为:1)在搅拌状态下向第一反应釜内加入浓硫酸和原料1，搅拌均匀后加入蠕虫状石墨，持续搅拌进行反应1，洗涤、干燥后得洗料I ;2)在搅拌状态下向第二反应釜内加入浓硫酸，缓慢加入原料2，搅拌均匀后再缓慢加入已干燥的洗料1，加料结束后持续搅拌进行反应2，反应结束后加入双氧水完成氧化过程，得到氧化石墨。5.根据权利要求4所述的一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，所述原料I中包含过硫酸钾40-1000g和五氧化二磷40-1000g，原料2包含高锰酸钾100_2500g和硝酸钠20-500g ;所述步骤I)中加入浓硫酸2-20L ;步骤2)中加入浓硫酸10-80L，双氧水1-1OL06.根据权利要求4所述的一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，所述步骤I)中反应I的反应过程为高温70-90°C下保温2-10h，之后在低温0-10°C下保温0.5_4h ;洗涤过程是加水洗涤直到洗液的pH值为6-7。7.根据权利要求4所述的一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，所述步骤2)中反应2的反应过程为中温30-50 °C下保温2-8h，中温反应结束，向反应2中缓慢加水20-150L，之后升至高温80-95°C保温10_120min。8.根据权利要求1所述的一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，所述氧化石墨的干燥过程是在50-80°C条件下干燥至无水分；所述石墨烯粉末的干燥过程是在-10°C至-60 °C冷冻干燥至无水分。9.根据权利要求1所述的一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，所述微波还原装置中微波功率为l_50kw，时间为20-600S。10.根据权利要求1所述的一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，其特征在于，所述剥离与还原过程在惰性气体保护或真空条件下进行，真空压强< 35kpa。
【专利摘要】本发明提供了一种微波辅助制备石墨烯的生产方法，步骤为：将石墨放入微波膨胀装置中进行快速膨胀，得到蠕虫状石墨；将蠕虫状石墨进行氧化反应，经洗涤、干燥后得到干燥的氧化石墨；将干燥的氧化石墨送入微波还原装置中，在真空或惰性气体保护条件下同时进行剥离与还原，得到干燥的石墨烯粉末。本发明的优势在于膨胀之后的蠕虫状石墨更有利于氧化过程的进行，其次，剥离与还原在一个步骤内完成，大大节约时间同时避免了强毒性还原剂的使用，本发明克服了传统石墨烯制备工艺中制备周期长的缺点，并简化了操作过程，减少了部分化学试剂的使用，是一种速度快，产率高，污染低，适合工业化的生产工艺。
【IPC分类】C01B31/04
【公开号】CN105236398
【申请号】CN201510658686
【发明人】冯国通, 邱宁, 王秀振
【申请人】青岛迈可威微波创新科技有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月12日