一种石墨烯分离方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及石墨烯技术领域，具体涉及一种石墨烯分离方法。
【背景技术】
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[0002]石墨烯是一种由碳原子以sP2杂化轨道组成的六角形蜂巢晶格，自2004年被发现以来收到广泛关注。石墨烯是目前最薄却也最坚硬的纳米材料，常温下其电子迀移率超过15000cm2/v.s，电阻率只有约10—6Ω.cm，比铜和银还要低，为电阻率最小的材料。
[0003]石墨烯的制备方法主要包括两大类:物理法和化学法，这两种方法各有其优缺点。物理方法主要包括机械剥离法、液相剥离法、直接生长法等，所制备的石墨稀引入杂质较少，不会破坏碳六元环结构，获得的石墨烯质量较高，但片径大部分小于5微米。化学方法制备石墨稀主要包括氧化石墨烯还原法、有机合成法、溶剂热合成法等。尤其是氧化石墨烯还原法，主要机理是通过高纯鳞片石墨强氧化得到，但是在氧化过程中由于强氧化剂的作用使得石墨烯晶格破碎，造成氧化石墨烯溶液中片径大小不一，还原后石墨烯差异很大。
[0004]氧化石墨烯的浓缩方法主要有真空浓缩、盘管式浓缩、离心浓缩、板式浓缩等，如何通过浓缩使得氧化石墨烯溶液片径分离是制备不同片径石墨烯的一个难点。
【发明内容】
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[0005]本发明所要解决的技术问题在于提供一种工艺简单、成本低廉、高效的石墨烯分离方法。
[0006]本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现:
[0007]—种石墨烯分离方法，包括如下步骤:
[0008](1)将高纯鳞片石墨、浓硫酸、发烟硝酸、浓磷酸按照1:1?100:1?20:1?20重量比混合，在20?100°C混合反应1?16h，反应完成后用超纯水清洗至pH接近7，抽滤，将过滤后物料放置在高温烘箱内，温度25?300°C，干燥12?96h，收集烘干物料；
[0009](2)将步骤(1)所得烘干物料、浓硫酸、硝酸盐、强氧化剂按照1:1?150:0.1?5:1?20重量比混合，在-5?60°C混合反应1?20h，反应完成后用1:10?5000重量比的超纯水稀释，添加1:1?100重量比的双氧水，混合反应0.1?3h，将反应后溶液用盐酸和超纯水按照1:0.5?5:10?5000重量比例清洗至pH接近7 ；
[0010](3)将步骤(2)清洗后的氧化石墨烯溶液用新型浓缩方法浓缩，得到上中下浓度不同、片径分离显著的氧化石墨烯溶胶；
[0011](4)将步骤(3)得到的氧化石墨烯溶胶放入还原剂中还原，即可得到不同片径的石墨稀。
[0012]所述步骤(1)中的高纯鳞片石墨目数为30目、50目、100目或200目。
[0013]所述步骤(1)中的发烟硝酸浓度在65%以上。
[0014]所述步骤(2)中的硝酸盐选自硝酸钾、硝酸钠中的一种。
[0015]所述步骤(2)中的强氧化剂选自謂1104、1(2007、順4勵3、(順4)23208、1((:104、1^604、硝酸中的一种。
[0016]所述步骤(3)中的新型浓缩方法由送料装置、浓缩设备和废水收集装置组成。
[0017]所述送料装置采用栗式输送，材质为不锈钢，流量为0?20000mL/min。
[0018]所述浓缩设备采用离心方式浓缩，材质为不锈钢材质，容积为0?50L，离心转速为1000?30000r/min，离心时间为1?15h，生产能力为0?3000L/h。
[0019]所述步骤(4)中的还原剂选自水合肼、硼氢化钠、铝氢化锂、氢碘酸、氢溴酸、维生素C、葡萄糖中的一种或多种组成。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021 ] (1)采用稳定的输送系统，实现物料的自动化供给；
[0022](2)采用超高转速浓缩，水汽快速脱除，短时间内实现氧化石墨烯溶液浓度和片径的分离；
[0023](3)石墨烯分离工艺简单，成本低廉，易于工业化生产。
【附图说明】
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[0024]图1为氧化石墨烯溶液浓缩设备示意图；
[0025]1-手柄;2-滑动轴承组件;3-机身门；4-转鼓组件;5-集液盘组件;6_保护套;7_主轴;8-机头组件;9-压带轮组件;10-皮带；11-电机传动组件;12-防护罩;13-机身；
[0026]图2为分离后氧化石墨烯溶胶上中下固含量分布图；
[0027]图3为分离后氧化石墨烯溶胶上层高倍观察结果；
[0028]图4为分离后氧化石墨烯溶胶中层高倍观察结果；
[0029]图5为分离后氧化石墨烯溶胶下层高倍观察结果。
【具体实施方式】
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[0030]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0031]实施例1
[0032](1)将50目高纯鳞片石墨、浓硫酸、发烟硝酸、浓磷酸按照一定重量比有序加入反应瓶中。在室温下混合反应12?24h，反应完成后用超纯水清洗溶液至pH接近7，抽滤，将过滤后物料放置在高温烘箱内，温度200?300°C，干燥24?96小时，收集烘干物料。
[0033](2)将步骤(1)所得烘干物料进行第二次氧化。将烘干物料、浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾按照一定重量比分批加入反应瓶中，在冰浴下混合反应24h，反应完成后用1: (2000?5000)重量比超纯水稀释;添加1:(20?50)重量比双氧水，混合反应1?3h，将反应后溶液用盐酸和超纯水按照1: (1?3): (2000?5000)重量比例清洗至pH接近7。
[0034](3)将步骤(2)所得清洗后的氧化石墨烯溶液用新型浓缩方法浓缩，送料流量200?400r/min，浓缩转速10000r/min，时间2h，完成后收集上层、中层、下层石墨稀溶胶。测得溶胶上层片径17.5μηι，中层片径28.3μηι，下层片径47.2μηι。
[0035](4)将步骤(3)得到的上中下不同浓度、不同片径的氧化石墨烯溶胶放入水合肼中还原，即可得到不同片径的石墨烯。
[0036]实施例2
[0037]将步骤(3)中浓缩转速调整为11000r/min，时间为2h，完成后收集上层、中层、下层石墨烯溶胶。测得溶胶上层片径15.1μπι，中层片径26.3μπι，下层片径49.7μπι。其它步骤同实施例1。
[0038]实施例3
[0039]将步骤(3)中浓缩转速调整为12000r/min，时间为2h，完成后收集上层、中层、下层石墨烯溶胶。测得溶胶上层片径测得溶胶上层片径16.5μπι，中层片径28.7μπι，下层片径50.2μπι。其它步骤同实施例1。
[0040]实施例4
[0041 ]将步骤(3)中浓缩转速调整为13000r/min，时间为2h，完成后收集上层、中层、下层石墨烯溶胶。测得溶胶上层片径13.5μπι，中层片径25.7μπι，下层片径57.9μπι。其它步骤同实施例1。
[0042]实施例5
[0043]将步骤(3)中浓缩转速调整为14000r/min，时间为2h，完成后收集上层、中层、下层石墨烯溶胶。测得溶胶上层片径13.8μπι，中层片径26.7μπι，下层片径55.5μπι。其它步骤同实施例1。
[0044]实施例6
[0045]将步骤(3)中浓缩转速调整为15000r/min，时间为2h，完成后收集上层、中层、下层石墨烯溶胶。测得溶胶上层片径10.6μπι，中层片径27.7μπι，下层片径68.3μπι。其它步骤同实施例1。
[0046]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种石墨烯分离方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将高纯鳞片石墨、浓硫酸、发烟硝酸、浓磷酸按照1:1?100:1?20:1?20重量比混合，在20?100°C混合反应1?16h，反应完成后用超纯水清洗至pH接近7，抽滤，将过滤后物料放置在高温烘箱内，温度25?300°C，干燥12?96h，收集烘干物料； (2)将步骤(1)所得烘干物料、浓硫酸、硝酸盐、强氧化剂按照1:1?150:0.1?5:1?20重量比混合，在_5?60°C混合反应1?20h，反应完成后用1:10?5000重量比的超纯水稀释，添加1:1?100重量比的双氧水，混合反应0.1?3h，将反应后溶液用盐酸和超纯水按照1:0.5?5:10?5000重量比例清洗至pH接近7 ； (3)将步骤(2)清洗后的氧化石墨烯溶液用新型浓缩方法浓缩，得到上中下浓度不同、片径分离显著的氧化石墨烯溶胶； (4)将步骤(3)得到的氧化石墨烯溶胶放入还原剂中还原，即可得到不同片径的石墨稀。2.根据权利要求1所述的石墨烯分离方法，其特征在于:所述步骤(1)中的高纯鳞片石墨目数为30目、50目、100目或200目。3.根据权利要求1所述的石墨烯分离方法，其特征在于:所述步骤(1)中的发烟硝酸浓度在65%以上。4.根据权利要求1所述的石墨烯分离方法，其特征在于:所述步骤(2)中的硝酸盐选自硝酸钾、硝酸钠中的一种。5.根据权利要求1所述的石墨烯分离方法，其特征在于:所述步骤(2)中的强氧化剂选自KMn04、K2Cr07、NH4NO3、(NH4)2S208、KC104、K4Fe04、硝酸中的一种。6.根据权利要求1所述的石墨烯分离方法，其特征在于:所述步骤(3)中的新型浓缩方法由送料装置、浓缩设备和废水收集装置组成。7.根据权利要求6所述的石墨烯分离方法，其特征在于:所述送料装置采用栗式输送，材质为不锈钢，流量为0?20000mL/min。8.根据权利要求6所述的石墨烯分离方法，其特征在于:所述浓缩设备采用离心方式浓缩，材质为不锈钢材质，容积为0?50L，离心转速为1000?30000r/min，离心时间为1?15h，生产能力为0?3000L/h。9.根据权利要求1所述的石墨烯分离方法，其特征在于:所述步骤(4)中的还原剂选自水合肼、硼氢化钠、铝氢化锂、氢碘酸、氢溴酸、维生素C、葡萄糖中的一种或多种组成。
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯分离方法，涉及石墨烯技术领域，本发明包括以下步骤：高纯鳞片石墨经过首次氧化形成膨胀石墨，再经过第二次氧化得到氧化石墨烯溶液，经新型浓缩方法浓缩后得到不同片径不同浓度的氧化石墨烯溶胶，经还原剂还原后即可得到不同片径的石墨烯。本发明浓缩方法由送料装置、浓缩设备、废水收集装置等组成，工艺简单，成本低廉，石墨烯分离高效，满足工业化需要。
【IPC分类】C01B31/04
【公开号】CN105439130
【申请号】CN201510943801
【发明人】王允强, 靳建光, 盛伟
【申请人】宁国市龙晟柔性储能材料科技有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月16日