一种石墨烯的生产方法
【专利摘要】本发明提供了一种石墨烯的生产方法，属于新材料技术领域。它解决了现有石墨烯的生产工艺复杂、生产成本高，环境污染大等问题。本石墨烯的生产方法，包括天然鳞片石墨的氧化和经氧化后酸性物质的回收，其特征在于：回收的酸性物质在下一次氧化过程中继续使用，回收酸性物质的回用与新鲜添加的酸性物质一起构成下一次的氧化溶液，酸性物质为硫酸，氧化工序后分离出酸性物质与新鲜的硫酸以1:1的比例配制成新一轮的天然鳞片石墨的氧化溶液。本发明具有工艺简单、生产成本低，环境污染小的优点。
【专利说明】
一种石墨烯的生产方法
技术领域
[0001 ]本发明属于新材料技术领域，涉及一种石墨稀，特别涉及一种石墨稀的生产方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种由碳原子按照六边形排布并相互连接而成的特殊二维材料，因其具有高导电性、高机械强度、超大比表面积等特点可以用来制备高速处理器、高灵敏度传感器、触摸显示屏、超级电池及高效太阳能电池等多种新型器件，在电子、航天军工、新能源等各种领域具有重要应用价值。
[0003]目前国内外许多关于石墨烯制备方法的报道，但是从高质量、低成本量产等实际需要来看，大多数已报道的石墨烯制备方法都具有各种各样的缺陷。其中氧化法是目前最常用的制备石墨烯的方法，其生产工艺过程为:1、低温浓硫酸+鳞片石墨+硝酸钠;2、低温层插反应;3、加入氧化剂;4、中温氧化反应;5、高温水解反应;6、分离反应液;7、氧化石墨酸洗-去离子水清洗;8、氧化石墨超声波剥离;9、氧化石墨烯的化学还原；10、低温干燥得石墨稀。
[0004]上述工艺流程中，第六步工序固液分离后产生大量的废硫酸对环境的污染或产生高昂的处理成本，第八步以后的工序对于大规模生产石墨烯带来很多不确定因素，尤其在还原过程和干燥过程中产生的石墨烯容易形成团聚而使石墨烯重新回到石墨状态，因而难于大规模生产得到石墨烯。
[0005]其方法中一般每吨石墨烯需要消耗40吨浓硫酸，经水解反应后产生80吨的废硫酸，由于硫酸市场价格比较低，经水解反应后的稀硫酸更没有回收价值，所以废酸的处理就成了采用氧化还原法生产石墨烯的一大缺陷，随着产能的扩大，对环境的污染存在极大的威胁。也造成了采用氧化还原法生产石墨烯其废酸处理成本居高不下，影响了生产成本的降低，从而影响了石墨烯市场价的高高在上，下游应用成本高居，产业链难于形成的局面。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种工艺简单、生产成本低，环境污染小的石墨烯的生产方法。
[0007]本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种石墨烯的生产方法，其特征在于包括以下工艺步骤:
1)低温酸性溶液+鳞片石墨+硝酸钠
2)层插反应60-240分钟
3)加氧化剂低温反应30-120分钟
4)中温反应60-180分钟
5)固液分离
6)高温水解反应60-120分钟-酸洗-去离子水清洗-烘干
7)高温还原剥离-石墨稀粉体。
[0008]在上述的一种石墨烯的生产方法中，所述的步骤I)中的低温酸性溶液的温度为40C
在上述的一种石墨烯的生产方法中，所述的步骤5)采用了先固液分离，再高温水解的方法。使分离出来的液体再利用成为了可能。
[0009]在上述的一种石墨烯的生产方法中，所述的步骤I)中低温酸性溶液为前一次生产石墨烯过程中固液分离出来的溶液与新鲜的浓硫酸1:1的混合液。
[0010]与现有技术相比，本石墨烯的生产方法具有以下优点:
1、固液分离出来的液体再利用，减少了对环境的污染。
[0011]2、改变了氧化石墨的处理方案，直接将常规的超声波剥离，化学还原和低温干燥工序采用高温剥离、还原处理方案，直接得到了石墨烯，大大简化了生产工序，降低了生产成本。
【具体实施方式】
[0012]以下对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0013]本石墨烯的生产方法为:
1、回收酸性溶液100-200ml，加入浓硫酸100-200ml，搅拌冷却到4°C以下(1:1体积比)。
[0014]2、层插反应:加入天然鳞片石墨10-15克，硝酸钠5-10克，搅拌60分钟-240分钟。
[0015]3、氧化反应:加入高锰酸钾30-45克，搅拌60分钟
4、加温到35度-50度搅拌60分钟-180分钟。
[0016]5、固、液分离，液体回收待下次再用(重复上述I步序)。
[0017]6、水解反应:分离出的沉淀物加入去离子水200—400ml，放入加温到95度以上的水浴中水解反应60-120分钟。
[0018]7、分离反应物。
[0019]8、用1:10去离子水盐酸溶液清洗4次以上，到清洗液不含硫酸根后改用去离子水清洗4次以上，清洗液中不含氯离子，清洗结束。
[0020]9、固液分离后烘干(也可以用去离子水分散后超声波剥离得氧化石墨烯)，得氧化石墨。
[0021 ] 10、氧化石墨经250度-500度之间热处理30分钟后得石墨烯。
[0022]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0023]尽管本文较多地使用了等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
【主权项】
1.一种石墨烯的生产方法，包括天然鳞片石墨的氧化和经氧化后酸性物质的回收，其特征在于:回收的酸性物质在下一次氧化过程中继续使用，上述的回收酸性物质的回用与新鲜添加的酸性物质一起构成下一次的氧化溶液，前面所述的酸性物质为硫酸，经氧化工序后分离出酸性物质与新鲜的硫酸以1:1的比例配制成新一轮的天然鳞片石墨的氧化溶液。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯的生产方法，其特征在于，所述的混合氧化溶液中加入鳞片石墨和一定量的硝酸钠，经低温的条件下进行层插反应，层插反应60分钟后加入氧化剂高锰酸钾进行氧化反应，氧化反应经历低温氧化反应和中温氧化反应，低温氧化反应条件为4摄氏度±0.5度，时间60—240分钟，中温氧化反应条件为40摄氏度±0.5度，时间60-180分钟。3.根据权利要求2所述的一种石墨烯的生产方法，其特征在于，所述的中温氧化还原反应完成后继续进行水解反应，水解反应是在95度，历时120分钟后完成;水解反应的水的加入量与氧化溶液的量比是1:1，而后经盐酸溶液清洗，去离子水清洗，离心烘干后得到氧化石墨烯。4.根据权利要求3所述的一种石墨烯的生产方法，其特征在于，所述的石墨烯为5-8层的寡层石墨烯。
【文档编号】C01B31/04GK105936504SQ201610418050
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】徐建华
【申请人】台州嘉洋新能源科技有限公司