一种功能化氧化石墨的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种功能化氧化石墨的制备方法。
【背景技术】
[0002]氧化石墨自19世纪50年代问世以来，受到人们的普遍关注并且应用广泛。氧化石墨中含有大量的极性基团，可利用还原的方法制备石墨烯，同时氧化石墨易于吸附小分子，金属阳离子及极性高分子等而制备含氧化石墨的纳米复合材料。氧化石墨常用的制备方法有 Staudenmaier 方法，Brodie 方法，Hummers 方法(WHummrs, R offeman.Preparat1n ofGraohite oxide.JAm Chem Soc.1958, 80:1399) 0作为一种石墨层间化合物膨胀石墨最早研究在19世纪60年代，后来逐渐应用于工业生产的材料，制备方法一般有化学氧化法和电化学法两种。为了获得一定层间距的氧化石墨可以用膨胀石墨作为原料来制备。
[0003]氧化石墨的功能化可以提高氧化石墨的成型加工性，而且还可以引入特定的官能团，赋予氧化石墨新的功能。目前氧化石墨的功能化方法主要分为共价功能化与非共价功能化两种。按氧化石墨表面的活性官能团可将共价功能化分为:羧基功能化、环氧基功能化、碳骨架功能化、羟基功能化。氧化石墨的非共价功能化指通过相互作用，离子键及氢键等超分子作用。目前在氧化石墨上进行接枝的功能化方法已经越来越受到人们的重视，因为这种接枝的功能化氧化石墨与其它材料复合能够大大提高复合材料的性能。如:Hadis 等(Sulfonated poly (ether ether ketone)membranes with sulfonatedgraphene oxide fillers for direct methanol fuel cells Internat1na1 j ournal o f hydrogen energy 38 (2013) 5875-5884)报道的将(3-疏基丙基)三甲氧基硅烷的巯基接枝到氧化石墨表面，然后再氧化成磺酸基团，制备出来的功能化氧化石墨与Naf1n纳米复合材料(F-G0/Naf1n)具有较高的质子传导率。Jiang等(The effect ofsulfonated graphene oxide on Sulfonated Poly(Ether Ether Ketone)membrane fordirect methanol fuel cells Journal of Membrane Science 425 - 426(2013) 11 - 22)报道的将(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷的巯基接枝到氧化石墨表面，然后再氧化成磺酸基团增加了离子交换容量(IEC)，水吸收和膜的质子传导率。
[0004]总体而言，氧化石墨磺化后能够增强其复合材料的性能，由于氧化石墨上的-0H集团的数量难以估算，致使活性较强催化剂的用量难以控制。因此寻找合适的催化剂使氧化石墨的磺化在较温和的反应条件下进行，过多的催化剂不会对磺化产生负面影响并且能够使氧化石墨上的活性反应集团全部参与功能化反应。
【发明内容】
[0005]本发明是要解决现有方法制备的功能化氧化石墨的功能化程度低的问题，提供一种功能化氧化石墨的制备方法。
[0006]本发明一种功能化氧化石墨的制备方法如下:
[0007]—、制备氧化石墨:采用改进的HUMMERS法，用膨胀石墨制备氧化石墨；
[0008]二、制备氧化石墨溶液:将步骤一制备的氧化石墨分散在溶剂中，超声形成均匀的分散溶液，得到氧化石墨浓度为0.01g/ml?0.lg/ml氧化石墨分散溶液；
[0009]三、氧化石墨功能化:向氧化石墨分散溶液中加入K2C03，搅拌6?12h，然后加入
1.4-丁基磺酸内酯，搅拌、反应12?36h，得到产品A ;其中氧化石墨分散溶液中氧化石墨、K2C0#P 1，4- 丁基磺酸内酯的质量体积比为0.5g:lg:8ml ;
[0010]四、过滤洗涤:将产品A过滤，然后用稀盐酸洗涤滤饼，并用稀盐酸浸泡6?12h，然后再次过滤，用乙醇洗涤滤饼5?8次，得到产品B ;
[0011]五、产品干燥:将产品B在60?80°C的真空干燥箱中干燥12?48h，得到功能化氧化石墨。
[0012]本发明用K2C03作为催化剂，在无机弱碱K2C03存在下SN1亲核取代反应中氧化石墨上的C正离子更加稳定，易与磺酸内酯反应。本发明的优点是通过选取合适的催化剂1(20)3能够将氧化石墨上的羟基尽可能完全被磺酸集团亲核取代，通过简单的制备方法，达到环境保护的目的并且能够应用于大规模生产。
【附图说明】
[0013]图1是氧化石墨与功能化氧化石墨的XRD谱图；a为氧化石墨、b为功能化氧化石里.
[0014]图2是氧化石墨与功能化氧化石墨的IR谱图为氧化石墨、b为功能化氧化石里.
[0015]图3是氧化石墨的XPS图；
[0016]图4是功能化氧化石墨XPS图。
【具体实施方式】
[0017]【具体实施方式】一:本实施方式一种功能化氧化石墨的制备方法如下:
[0018]—、制备氧化石墨:采用改进的HUMMERS法，用膨胀石墨制备氧化石墨；
[0019]二、制备氧化石墨溶液:将步骤一制备的氧化石墨分散在溶剂中，超声形成均匀的分散溶液，得到氧化石墨浓度为0.0lg/ml?0.lg/ml氧化石墨分散溶液；
[0020]三、氧化石墨功能化:向氧化石墨分散溶液中加入K2C03，搅拌6?12h，然后加入
1.4-丁基磺酸内酯，搅拌、反应12?36h，得到产品A ;其中氧化石墨分散溶液中氧化石墨、K2C0#P 1，4- 丁基磺酸内酯的质量体积比为0.5g:lg:8ml ;
[0021]四、过滤洗涤:将产品A过滤，然后用稀盐酸洗涤滤饼，并用稀盐酸浸泡6?12h，然后再次过滤，用乙醇洗涤滤饼5?8次，得到产品B ;
[0022]五、产品干燥:将产品B在60?80°C的真空干燥箱中干燥12?48h，得到功能化氧化石墨。
[0023]本实施方式用K2C03作为催化剂，在无机弱碱K 2C03存在下SN1亲核取代反应中氧化石墨上的C正离子更加稳定，易与磺酸内酯反应。本实施方式的优点是通过选取合适的催化剂1(20)3能够将氧化石墨上的羟基尽可能完全被磺酸集团亲核取代，通过简单的制备方法，达到环境保护的目的并且能够应用于大规模生产。
[0024]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的改进HUMMERS法为:将膨胀石墨在搅拌下加入到预先冷却至o°c的浓硫酸中，在温度为-1?1°C的条件下，加入硝酸钠和高锰酸钾的混合物，搅拌