高效制备石墨烯的方法
【专利摘要】本发明公开了一种高效制备石墨烯的方法，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、苯磺酸盐30～50份、磨砂剂1～3份；S2.球磨4～48h，球磨机的转速为1000～2000rpm/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。该方法可以高效地剥离出石墨烯。
【专利说明】
高效制备石墨烯的方法
技术领域
[0001]本发明涉及石墨稀生产技术领域，具体涉及一种高效制备石墨稀的方法。
【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，提供一种高效制备石墨烯的方法，该制备方法通过从石墨中物理剥离出石墨烯，不仅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:一种高效制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤:
[0007]S1.将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]苯磺酸盐30?50份、
[0010]磨砂剂I?3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，所述磨砂剂为碳化硅微粉。
[0017]优选的技术方案是，在步骤SI中，所述碳化硅微粉的粒径不超过10微米。
[0018]优选的技术方案是，在步骤SI中，所述苯磺酸盐为苯磺酸锂、苯磺酸钠中的一种或混合物。
[0019]优选的技术方案是，在步骤SI中，所述石墨鳞片的纯度在98%以上，粒径为30?500 μ mD
[0020]现有技术相比，本发明石墨烯制备方法通过特殊的剥离液，其中的苯磺酸盐可以插入石墨片层之间，配合磨砂剂以及球磨珠通过剪切作用可实现对石墨烯的剥离。特别是采用碳化硅为磨砂剂，其与石墨片层具有良好摩擦性能、且不易损坏石墨烯结构。该方法可以高效地剥离出石墨烯。
【具体实施方式】
[0021]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。
[0022]实施例1
[0023]本发明是一种高效制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤:
[0024]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、苯磺酸钠30重量份数、碳化硅I重量份数。其中碳化硅微粉的粒径不超过10微米。这里，石墨鳞片和剥离液的重量比为1: 6。
[0025]S2.球磨48h，球磨机的转速为2000rpm/min。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]实施例2
[0030]本发明是一种高效制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤:
[0031]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、苯磺酸钠35重量份数、碳化娃1.5重量份数。其中碳化硅微粉的粒径不超过10微米。这里，石墨鳞片和剥离液的重量比为1: 5。
[0032]S2.球磨24h，球磨机的转速为3000rpm/min。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]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。
[0036]实施例3
[0037]本发明是一种高效制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤:
[0038]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、苯磺酸锂40重量份数、碳化硅2重量份数。其中碳化硅微粉的粒径不超过10微米。这里，石墨鳞片和剥离液的重量比为1: 4。
[0039]S2.球磨12h，球磨机的转速为5000rpm/min。
[0040]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。
[0041]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3000rpm/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。
[0042]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。
[0043]实施例4
[0044]本发明是一种高效制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤:
[0045]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、苯磺酸锂50重量份数、碳化硅3重量份数。其中碳化硅微粉的粒径不超过10微米。这里，石墨鳞片和剥离液的重量比为1: 2。
[0046]S2.球磨4h，球磨机的转速为6000rpm/min。
[0047]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。
[0048]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30min，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。
[0049]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。
[0050]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】
1.一种高效制备石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:51.将石墨鳞片和剥离液按照1: 2?10的重量比注入球磨罐内，其中剥离液的组成为: 水100份、 苯磺酸盐30?50份、 磨砂剂 I?3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所述的高效制备石墨稀的方法，其特征在于，所述步骤SI中，所述磨砂剂为碳化硅微粉。3.如权利要求2所述的高效制备石墨稀的方法，其特征在于，所述步骤SI中，所述碳化娃微粉的粒径不超过10微米。4.如权利要求1所述的高效制备石墨稀的方法，其特征在于，所述步骤SI中，所述苯磺酸盐为苯磺酸锂、苯磺酸钠中的一种或混合物。5.如权利要求1所述的高效制备石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤SI中，所述石墨鳞片的纯度在98%以上，粒径为30?500 μ m。
【文档编号】C01B31/04GK105883760SQ201410750519
【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