工业化生产石墨烯的方法

文档序号:10526128
工业化生产石墨烯的方法
【专利摘要】本发明公开了一种工业化生产石墨烯的方法,该方法包括以下步骤:S1.将石墨鳞片和剥离液注入球磨罐内,其中剥离液的组成为:水100份、醇类溶剂30~100份、聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50~80份;S2.球磨4~48h,球磨机的转速为2000rpm/min以上;S3.停止反应后将悬浮液排出至储料罐内,静置;S4.将石墨烯悬浮液输送至离心机内离心,离心后取上层清液真空过滤得到滤饼;S5.将滤饼洗涤,冷冻干燥。该剥离方法可以高效地剥离出石墨烯。
【专利说明】
工业化生产石墨烯的方法
技术领域
[0001]本发明涉及石墨烯生产技术领域,具体涉及一种工业化生产石墨烯的方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种具有良好柔性、电性能的二维材料。需要补充的是,严格意义上说,石墨烯是一种单层的片状;不过由于单层石墨烯的制备难度,一般也把具有相近性能的寡层石墨烯也归类于石墨烯的范畴内。
[0003]目前,石墨烯制备的方法主要有:化学生长法和物理剥离法。相比于效率低、不适合于工业化批量生产的化学生长法,物理剥离法主要是采用低廉的石墨为原料,通过对石墨晶体施加机械力使石墨层间发生剥离,打破石墨层间的范德华力,形成单片石墨烯或寡层石墨烯,这种物理剥离方法更具有工业化前景和适合规模化生产。
[0004]在石墨烯剥离方法中,需要加入一些助剂以增加石墨的层间间距或是所谓的插层,从而使石墨更好地剥离。如采用硝酸、高锰酸钾、三氧化铬或过氧化氢作为氧化剂,浓硫酸作为插层剂,在石墨层间或边缘引入羟基、环氧基团和羧基等含氧基团,增大了石墨层间距,利于后续石墨层间剥离。但是这种化学物质插层工艺耗酸量大,生产过程中有S0x、N0x等有害气体或重金属离子的污染,产品中有硫残留,最终得到的石墨烯易产生缺陷,并且在应用中对设备有腐蚀,降低了设备的使用寿命,增加了生产成本。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷,提供一种工业化生产石墨烯的方法,该方法可以有效地剥离石墨,且对石墨烯的结构破坏小。
[0006]为实现本发明的目的,本发明的技术方案是:一种工业化生产石墨烯的方法,该方法包括以下步骤:
[0007]S1.将纯度在98%以上,粒径为30?500 μ m石墨鳞片和剥离液按照1: 2?5的重量比注入球磨罐内,其中剥离液的组成为:
[0008]水100 份、
[0009]醇类溶剂30?100份、
[0010]聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50?80份;
[0011]其中,各组份以其重量份数计;
[0012]S2.球磨4?48h,球磨机的转速为2000rpm/min以上;
[0013]S3.停止反应后通过出料口将悬浮液排出至储料罐内,静置24h以上得到初产品;
[0014]S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内,离心机转速为1000?6000rpm/min,离心时间1min?2h,取上层清液,在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼;
[0015]S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤,滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上,即得到石墨稀产品。
[0016]优选的技术方案是,在步骤SI中,所述醇类溶剂为乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一种或多种。
[0017]优选的技术方案是,在步骤SI中,所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的数均分子量大于100000。
[0018]现有技术相比,本发明工业化生产石墨烯的方法通过在剥离液中添加具有胶水粘性的聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物,使用该组合液配合球磨,可降低对球磨速度的要求,无需对石墨片层超高速剪切即可实现对石墨烯的高效剥离。该剥离方法可以高效地剥离出石墨烯。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例,对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0020]实施例1
[0021]本发明是一种工业化生产石墨烯的方法,该方法包括以下步骤:
[0022]S1.将纯度在98%以上,粒径为30?500 μ m石墨鳞片和剥离液注入球磨罐内,其中剥离液的组成为:水100重量份数、乙醇30重量份数、聚丙烯酸酯50重量份数。其中,聚丙烯酸酯的数均分子量大于100000。石墨鳞片和剥离液的重量比为1: 2。
[0023]S2.球磨48h,球磨机的转速为2000rpm/min ;
[0024]S3.停止反应后通过出料口将悬浮液排出至储料罐内,静置24h以上得到初产品;
[0025]S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内,离心机转速为1000rpm/min,离心时间2h,取上层清液,在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼;
[0026]S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤,滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上,即得到石墨稀产品。
[0027]实施例2
[0028]本发明是一种工业化生产石墨烯的方法,该方法包括以下步骤:
[0029]S1.将纯度在98%以上,粒径为30?500 μ m石墨鳞片和剥离液注入球磨罐内,其中剥离液的组成为:水100重量份数、乙醇40重量份数、正丙醇20重量份数、聚氨酯改性丙烯酸酯80重量份数。其中,聚氨酯改性丙烯酸酯的数均分子量大于100000。石墨鳞片和剥离液的重量比为1: 3。
[0030]S2.球磨24h,球磨机的转速为3000rpm/min ;
[0031]S3.停止反应后通过出料口将悬浮液排出至储料罐内,静置24h以上得到初产品;
[0032]S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内,离心机转速为6000rpm/min,离心时间lOmin,取上层清液,在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼;
[0033]S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤,滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上,即得到石墨稀产品。
[0034]实施例3
[0035]本发明是一种工业化生产石墨烯的方法,该方法包括以下步骤:
[0036]S1.将纯度在98%以上,粒径为30?500 μ m石墨鳞片和剥离液注入球磨罐内,其中剥离液的组成为:水100重量份数、正丁醇40重量份数、丙二醇40重量份数、聚氨酯改性丙烯酸酯60重量份数。其中,聚氨酯改性丙烯酸酯的数均分子量大于100000。石墨鳞片和剥离液的重量比为1: 4。
[0037]S2.球磨8h,球磨机的转速为4000rpm/min ;
[0038]S3.停止反应后通过出料口将悬浮液排出至储料罐内,静置24h以上得到初产品;
[0039]S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内,离心机转速为2000rpm/min,离心时间lh,取上层清液,在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼;
[0040]S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤,滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上,即得到石墨稀产品。
[0041]实施例4
[0042]本发明是一种工业化生产石墨烯的方法,该方法包括以下步骤:
[0043]S1.将纯度在98%以上,粒径为30?500 μ m石墨鳞片和剥离液注入球磨罐内,其中剥离液的组成为:水100重量份数、松油醇100重量份数、聚丙烯酸酯70重量份数。其中,聚丙烯酸酯的数均分子量大于100000。石墨鳞片和剥离液的重量比为1: 5。
[0044]S2.球磨4h,球磨机的转速为6000rpm/min ;
[0045]S3.停止反应后通过出料口将悬浮液排出至储料罐内,静置24h以上得到初产品;
[0046]S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内,离心机转速为5000rpm/min,离心时间20min,取上层清液,在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼;
[0047]S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤,滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上,即得到石墨稀产品。
[0048]以上所述仅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,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种工业化生产石墨烯的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤: 51.将纯度在98%以上,粒径为30?500μ m石墨鳞片和剥离液按照1: 2?5的重量比注入球磨罐内,其中剥离液的组成为:水100份、 醇类溶剂30?100份、 聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50?80份; 其中,各组份以其重量份数计; 52.球磨4?48h,球磨机的转速为2000rpm/min以上; 53.停止反应后通过出料口将悬浮液排出至储料罐内,静置24h以上得到初产品; 54.将步骤S3得到的储料罐内的石墨稀悬浮液输送至离心机内,离心机转速为1000?6000rpm/min,离心时间1min?2h,取上层清液,在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼; 55.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤,滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上,即得到石墨烯产品。2.如权利要求1所述的工业化生产石墨烯的方法,其特征在于,所述步骤SI中,所述醇类溶剂为乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一种或多种。3.如权利要求1所述的工业化生产石墨烯的方法,其特征在于,所述步骤SI中,所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的数均分子量大于100000。
【文档编号】C01B31/04GK105883758SQ201410750517
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月9日
【发明人】戴加龙
【申请人】戴加龙
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