一种以生物质为原料制备石墨烯的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料领域，具体涉及一种以生物质为原料制备石墨烯的方法。
【背景技术】
[0002]2004年，英国曼切斯特大学科学家报道，用胶带从石墨中剥离出单层石墨一一石墨烯，并发现这种已知的最薄、最坚硬的纳米材料具有异常独特的物理性质:透光率达97.7%;导热系数高达5 300ff/m.K，高于碳纳米管和金刚石;常温下其电子迀移率超过15000cm2/V.s，高于纳米碳管或硅晶体;而电阻率只约10-6Ω.cm，比铜或银更低，是目前已知电阻率最小的材料；以及能够在常温下观察到石墨烯的量子霍尔效应。这些奇特的物理性质让科学家们坚信石墨烯是革命性的新材料，将取代硅而成为下一代半导体信息工业的基础材料。
[0003]中国专利公开号为CN104386684A公开了一种石墨烯的制备方法及石墨烯，包括以下步骤:A)将生物质材料进行预处理，得到预处理的生物质材料，所述生物质材料包括农林废弃物、茶叶和海藻类植物中的一种或几种;B)将金属催化剂、溶剂和所述步骤A)中的预处理的生物质材料混合，得到负载有催化剂的生物质材料;C)将造孔剂与所述步骤B)得到的负载有催化剂的生物质材料混合，在700?1200°C下加热0.5?10小时，得到石墨烯。该发明的制备方法对环境无污染，以生物质材料为碳源，碳源的原材料成本低且容易获得，解决了现有的碳源成本高。但是该发明的制备方法只适用于实验室制备，很难应用于工业制备。
[0004]中国专利公开号为CN104386679A公开了氧化石墨烯及石墨烯的制备方法，该发明包括以下步骤:氧化石墨烯的制备方法:将石墨原料、溶剂及氧化剂混合均匀，置于密闭反应容器中，于40?120°C下搅拌反应0.5?6h，减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨处理，将干燥研磨后的产物均匀分散于去离子水中，于酸性条件下加入氧化剂，于O?4°C搅拌反应I?4h，升温至20?40°C搅拌反应I?2h，将反应后的悬浊液分离提纯，分散于去离子水中喷雾干燥即为氧化石墨烯。该发明制得的石墨烯纯度高;但是该发明制备的石墨烯产量小，产率低。
[0005]中国专利公开号为CN103466608A公开了一种石墨烯的球磨制备法，该发明将石墨碳与烷基六元芳环或稠环聚醚型非离子表面活性剂的质量体积比为1:2?1:15和去离子水混合装于球磨罐，固定于球磨机以200-500rpm的转速球磨5-30小时;再转入去离子水中，以3000-8000rpm的转速离心10_30min，得到黑色上层胶体悬浮液，制得不同浓度石墨稀水溶液。该发明生产的石墨烯分散于水溶液中，且浓度高，表面活性剂可用乙醇轻松去除，环保且有利于石墨烯的广泛应用;但是该发明的制备方法不适用于生物质材料制备石墨烯。
[0006]随着经济和工业技术的快速发展，石墨烯越来越受到重视，而现有石墨烯制备方法存在制备工艺复杂、生产安全性差、生产成本高、反应条件苛刻、产量和产率低等问题，难以工业化生产，大大限制了石墨烯材料的应用和发展，因此，开发一种制备工艺简单，生产安全环保，生产成本低，产量高，可连续化生产的石墨烯制备方法，对丰富石墨烯制备工艺，促进石墨烯的发展具有重要意义。
【发明内容】
[0007]本发明目的:为了丰富石墨烯的制备方法，本发明提供一种生物质为原料制备石墨烯材料的方法，其制备工艺简单，生产安全环保，生产成本低，产量高，可连续化生产，为石墨烯的制备方法提供更多的选择。
[0008]本发明采用的技术方案:为了解决现有石墨烯制备方法存在工艺复杂、生产安全性差、生产成本高、反应所需设备复杂、反应条件苛刻、产量低等问题，提供了一种生物质为原料制备石墨烯材料的方法，包括以下步骤:
(1)将木质纤维素和催化剂在操作温度为15°C_25°C，经搅拌混合配制成混合液，搅拌器转速为 150rpm-300rpm，揽摔时间 30min_60min ；
(2)将步骤(I)得到的混合液在操作温度为15°C_25°C下过滤，过滤后经烘干筒脱氧烘干，烘干筒转速为10rpm-60rpm，烘干筒斜度为0.1%-0.5%，烘干筒内温度为110°C_135°C，得到石墨烯前驱体；
(3)将步骤(2)得到的石墨烯前驱体经回转窑在温度为1100°C_1450°C下碳化处理，回转窑转速为10rpm-60rpm，回转窑斜度为0.1%_0.5%，并通入C0、C02、N2的混合气体做保护气体，得到石墨烯初级产物；
(4)将步骤(3)得到的石墨烯初级产物在温度为15°C_25°C下经气流粉碎机粉碎剥离，得到层数介于10层和200层之间的石墨烯材料。
[0009]进一步地，所述步骤(I)中所述催化剂由FeCl 2和FeCl 3混合组成，而FeCl 2和FeCl 3的质量配比介于0.5:1和1:0.5之间。
[0010]进一步地，所述步骤(2)中，可以通过调节烘干筒转速和烘干筒斜度控制原料在烘干筒中烘干时间。
[0011]进一步地，所述步骤(3)中，可以通过调节回转窑转速和回转窑斜度控制原料在回转窑中碳化时间，所述回转窑以天然气、液化气、煤气、燃料油中的一种燃料作为燃料，燃料燃烧后生成的CO、C02、N2的混合气体通入回转窑做保护气体。
[0012]进一步地，所述步骤(4)中气流粉碎机循环管式气流粉碎机。
[0013]本发明突出特点和有益效果在于:
(1)本发明的一种以生物质为原料制备石墨烯的方法采用木质纤维素为碳源制备石墨烯，降低了生产成本；
(2)本发明的一种以生物质为原料制备石墨烯的方法可连续性生产，制备的石墨烯产量大，产率高；
(3)本发明一种以生物质为原料制备石墨烯的方法生产工艺简单，成本低廉，安全环保，具有较高的市场应用前景。
【具体实施方式】
[0014]下面根据具体实施例对本发明作更进一步的说明，以下所述仅是本发明的优选实施方式，在相同原理下，可以做出部分改进，这些改进也属于本发明的保护范围内:
实施例1:
一种以生物质为原料制备石墨烯的方法: (1)将木质纤维素，？6(:12和?6(:13的质量配比为0.5:1的催化剂在操作温度为15°(3，经搅拌混合配制成混合液，搅拌器转速为150rpmrpm，搅拌时间30minmin ；
(2)将步骤(I)得到的混合液在操作温度为15°C下过滤，过滤后经烘干筒脱氧烘干，烘干筒转速为1rpmrpm，烘干筒斜度为0.5%，烘干筒内温度为110°C，得到石墨烯前驱体；
(3)将步骤(2)得到的石墨烯前驱体经回转窑在温度为1100°C下碳化处理，回转窑转速为1rpm，回