一种批量制备石墨烯的方法
【专利摘要】本发明公开了一种批量制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：S1.将石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：水100份、苯磺酸盐30～50份、环戊二烯3～6份、三价铁盐1～2份、磨砂剂1～3份；S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃～150℃，压力为1～3atm，搅拌轴转速为1000～2000rpm/min，反应时间3～6h；S3.停止反应后将上层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。该制备方法在剥离石墨烯的同时，不腐蚀设备，不损伤石墨烯结构。
【专利说明】
_种批量制备石墨稀的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及石墨烯生产技术领域，具体涉及一种批量制备石墨烯的方法。
【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，提供一种批量制备石墨烯的方 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：一种批量制备石墨烯的方法，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的重量比注入带有搅拌器的釜体内，启动 釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：
[0008]
[0009] 其中，各组份以其重量份数计；
[0010] S2.加热釜体，保持釜体内温度为50°C~150°C，压力为1~3atm，搅拌轴转速为 1000 ~2000rpm/min，反应时间 3 ~6h ;
[0011] S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初 广品；
[0012] 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lOmin~2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到 滤饼；
[0013] 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。
[0014] 优选的技术方案是，在步骤S1中，所述磨砂剂为碳化硅微粉。
[0015] 优选的技术方案是，在步骤S1中，所述碳化硅微粉的粒径不超过10微米。
[0016] 优选的技术方案是，在步骤S1中，所述三价铁盐是氯化铁。
[0017] 优选的技术方案是，在步骤S1中，所述苯磺酸盐为苯磺酸锂、苯磺酸钠中的一种 或混合物。
[0018] 优选的技术方案是，在步骤S1中，所述石墨鳞片的纯度在98%以上，粒径为30~ 500 μ m〇
[0019] 现有技术相比，本发明石墨烯制备方法通过特殊的剥离液，其中的苯磺酸盐以及 三价铁盐和环戊二烯形成的配合物可以插入石墨片层之间，配合磨砂剂通过剪切作用可实 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 损坏石墨稀结构。该制备方法在剥离石墨稀的同时，不腐蚀设备，不损伤石墨稀结构。
【具体实施方式】
[0020] 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。
[0021] 实施例1
[0022] 本发明是一种批量制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：
[0023] 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带有搅拌器 的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：水100重量 份数、苯磺酸锂30重量份数、环戊二稀4重量份数、氯化铁1. 5重量份数、碳化娃1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。
[0024] S2.加热釜体，保持釜体内温度为50°C，压力为latm，搅拌轴转速为2000rpm/min， 反应时间3h。
[0025] S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初 广品。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 实施例2
[0029] 本发明是一种批量制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：
[0030] 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带有搅拌器 的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中，剥离液的组成为：水100重量 份数、苯磺酸锂35重量份数、环戊二稀3重量份数、氯化铁1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。
[0031] S2.加热釜体，保持釜体内温度为100°C，压力为3atm，搅拌轴转速为lOOOrpm/ min，反应时间6h。
[0032] S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初 广品。
[0033] 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。
[0034] 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。
[0035] 实施例3
[0036] 本发明是一种批量制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：
[0037] 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带有搅拌器 的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中，剥离液的组成为：水100重量 份数、苯磺酸钠40重量份数、环戊二稀6重量份数、氯化铁2重量份数、碳化娃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。
[0038] S2.加热釜体，保持釜体内温度为120°C，压力为2atm，搅拌轴转速为1500rpm/ min，反应时间5h。
[0039] S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初 广品。
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042] 实施例4
[0043] 本发明是一种批量制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：
[0044] 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带有搅拌器 的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中，剥离液的组成为：水100重量 份数、苯磺酸钠50重量份数、环戊二稀5重量份数、氯化铁1. 6重量份数、碳化娃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。
[0045] S2.加热釜体，保持釜体内温度为130°C，压力为2atm，搅拌轴转速为1800rpm/ min，反应时间4h。
[0046] S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初 广品。
[0047] 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。
[0048] 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。
[0049] 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. 一种批量制备石墨烯的方法，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的重量比注入带有搅拌器的釜体内，启动釜 体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为： 水 100份、 苯磺酸盐 30 ~ 50份、 环戊二婦 3~6份、 三价铁盐 1~2份、 磨砂剂 1 ~ 3份； 其中，各组份以其重量份数计；52. 加热釜体，保持釜体内温度为50°C~150°C，压力为1~3atm，搅拌轴转速为 1000 ~2000rpm/min，反应时间 3 ~6h ;53. 停止反应后通过出料口将上层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IOmin~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所述的批量制备石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤Sl中，所述磨砂 剂为碳化硅微粉。3. 如权利要求2所述的批量制备石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤Sl中，所述碳化 娃微粉的粒径不超过10微米。4. 如权利要求1所述的批量制备石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤Sl中，所述三价 铁盐是氯化铁。5. 如权利要求1所述的批量制备石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤Sl中，所述苯磺 酸盐为苯磺酸锂、苯磺酸钠中的一种或混合物。6. 如权利要求1所述的批量制备石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤Sl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】C01B31/04GK105883766SQ201410750569
【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