专利名称：一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法
技术领域：
本发明属于氧化石墨制备技术领域，尤其是一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法。
背景技术：
石墨烯，英文名Graphene，是碳原子按照六角排列而成的二维晶格结构。作为单层碳原子平面材料，石墨烯可以通过剥离石墨材料而得到。这种石墨晶体薄膜自2004年被曼彻斯特大学的科学家发现之后，石墨烯就成为科学界和工业界关注的焦点。石墨烯的厚度只有0. 335纳米，不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知所有的导体和半导体都快(石墨烯中电子的迁移速度达到了光速的1/300)。由于石墨烯的特殊原子结构，其中载流子(电子和空穴)的行为必须用相对论量子力学(relativistic quantum mechanics)才能描绘。同时，作为单层碳原子结构，石墨烯的理论比表面积高达^30m2/g。如此高的比表面积使得以基于石墨烯的材料成为极有前途的能量储存活性材料，使得石墨烯材料有可能在储氢、新型锂离子电池、超级电容器或者燃料电池中得到应用。目前，其制备方法有多种，如轻微摩擦法或撕胶带法(粘贴H0PG)、加热SiC法、金属衬底化学气相沉积法、化学分散法等；其中，化学分散法最适合工业化大规模生产石墨烯材料，适用范围较广。从石墨制备氧化石墨被认为是大规模合成石墨烯的战略起点，氧化石墨可进一步用机械方法，如热解膨胀或溶剂中超声分散，制备准二维的氧化石墨烯悬浮液，然后通过表面改性增加其机械性能，并经还原反应形成石墨烯。目前使用的氧化石墨制备方法都存在稀释浓硫酸时较难控制体系温度、反应时间长和对设备要求高等问题。因此，开发一种快速的、工艺简单稳定、对设备要求低的氧化石墨大规模生产技术就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种快速的、工艺简单稳定、对设备要求低、适合于大规模生产的一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法。按照本发明提供的技术方案，一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，包括如下步骤a、先取石墨粉置于第一反应容器中，再在第一反应容器中加入重量百分含量为 98%的浓硫酸并搅拌，石墨粉与浓硫酸的加入量满足每1克石墨粉对应加入40 50ml的浓硫酸；b、在步骤a的第一反应容器中加入高锰酸钾并搅拌，高锰酸钾的加入量满足每1 克石墨粉对应加入3 4克的高锰酸钾；C、将在步骤b的第一反应容器置于30 40°C的水浴中加热反应1 3小时；
d、将水浴加热反应后的第一反应容器中的混合反应物加入到盛有去离子冰水混合物的第二反应容器中并搅拌，第二反应容器中去离子冰水混合物的量满足每1克石墨粉对应加入0. 2 0. 3L的去离子冰水混合物；e、持续搅拌，将过氧化氢逐滴加入到步骤d的第二应容器中直到没有气泡产生， 此时，第二反应容器中的反应物会变成亮黄色悬浮液；f、通过玻璃砂芯真空过滤装置将悬浮液中的不溶物过滤出来，过滤出来的不溶物先用稀盐酸洗若干遍，稀盐酸洗后，用去离子水各洗若干遍；g、抽滤去离子水洗后的不溶物，抽滤后将不溶物置于真空干燥箱中室温下干燥 1 2天，真空干燥后得到氧化石墨。步骤d所述的去离子冰水混合物中冰与水的质量比为1 1 3 2。在步骤d中，将水浴加热反应后的第一反应容器中的混合反应物加入到盛有去离子冰水混合物的第二反应容器中并搅拌使混合反应体系温度保持在0 10°C。本发明的方法与现有的将大量去离子水缓慢加入到反应体系中稀释浓硫酸的方法相比1.通过改变加入冰水混合物的量以及改变冰和水的比例可以很容易的控制反应体系的温度；2.可以在几分钟内快速完成浓硫酸稀释过程；3.稀释方法的改变降低了其对设备的要求。传统的稀释方法在往浓硫酸里加水时会引起体系温度上升，为了控制体系的温度，必须在反应釜的外部利用大量冷凝水来对体系进行降温，这就要求反应釜可以耐强酸腐蚀，同时又具有好的热传导性能，就目前来讲， 这样的要求很难达到；而本发明提出的稀释方法，只需将第一反应容器中的混合反应物加入到一个盛有大量去离子冰水混合物的第二反应容器中即可。因此具有快速、工艺简单稳定、对设备要求低且适合于大规模生产等优点。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1本发明一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，包括以下制备步骤1、称取25g百川200目天然鳞片石墨粉，用漏斗倒入圆底烧瓶，取IL重量百分含量为98%浓硫酸缓缓倒入圆底烧瓶，连上电动搅拌器；2、设定搅拌速度为100转/分钟，称取87. 5g高锰酸钾，在20分钟内逐步加入到浓硫酸石墨粉溶液中；3、将圆底烧瓶浸泡到水浴槽中，水浴温度设定为35 V反应2小时，搅拌转速设为 200转/分钟；4、反应结束后快速加入到盛有6L去离子冰水混合物的烧杯中(冰水质量比为1 1)，烧杯内所连的电动搅拌器的搅拌转速为300-400转/分钟，在2分钟内加完，这时溶液颜色变为棕褐色；5、持续搅拌，将重量百分含量为30%过氧化氢逐滴加入到烧杯中直到没有气泡产生，这时溶液会变成亮黄色悬浮液；6、通过玻璃砂芯真空过滤装置将亮黄色悬浮液中的不溶物过滤出来，然后用1. 5L 重量百分含量为10%稀盐酸和1. 5L去离子水各洗两遍；7、抽滤不溶物，直到可以从砂芯漏斗上剥离下来，再放到真空干燥箱中室温下干燥1-2天，真空干燥后得到51. 3g的氧化石墨。实施例2本发明一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，包括以下制备步骤1、称取25g百川200目天然鳞片石墨粉，用漏斗倒入圆底烧瓶，取IL重量百分含量为98%浓硫酸缓缓倒入圆底烧瓶，连上电动搅拌器；2、设定搅拌速度为100转/分钟，称取87. 5g高锰酸钾，在20分钟内逐步加入到浓硫酸石墨粉溶液中；3、将圆底烧瓶浸泡到水浴槽中，水浴温度设定为35 V反应2小时，搅拌转速设为 200转/分钟；4、反应结束后快速加入到盛有5L去离子冰水混合物的烧杯中(冰水质量比为 1 1)，烧杯内所连的电动搅拌器的搅拌转速为300-400转/分钟，在2分钟内加完，这时溶液颜色变为棕褐色；5、持续搅拌，将重量百分含量为30%的过氧化氢逐滴加入到烧杯中直到没有气泡产生，这时溶液会变成亮黄色悬浮液；6、通过玻璃砂芯真空过滤装置将亮黄色悬浮液中的不溶物过滤出来，然后用1. 5L 重量百分含量为10%稀盐酸和1. 5L去离子水各洗两遍；7、抽滤不溶物，直到可以从砂芯漏斗上剥离下来，再放到真空干燥箱中室温下干燥1-2天，真空干燥后得到50. Sg的氧化石墨。实施例3本发明一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，包括以下制备步骤1、称取25g百川200目天然鳞片石墨粉，用漏斗倒入圆底烧瓶，取1. 25L重量百分含量为98%浓硫酸缓缓倒入圆底烧瓶，连上电动搅拌器；2、设定搅拌速度为100转/分钟，称取87. 5g高锰酸钾，在20分钟内逐步加入到浓硫酸石墨粉溶液中；3、将圆底烧瓶浸泡到水浴槽中，水浴温度设定为35 V反应1小时，搅拌转速设为 200转/分钟；4、反应结束后快速加入到盛有6. 25L去离子冰水混合物的烧杯中(冰水质量比为3 2)，烧杯内所连的电动搅拌器的搅拌转速为300-400转/分钟，在2分钟内加完，这时溶液颜色变为棕褐色；5、持续搅拌，将重量百分含量为30%过氧化氢逐滴加入到烧杯中直到没有气泡产生，这时溶液会变成亮黄色悬浮液；6、通过玻璃砂芯真空过滤装置将亮黄色悬浮液中的不溶物过滤出来，然后用1. 5L 重量百分含量为10%稀盐酸和1. 5L去离子水各洗两遍；7、抽滤不溶物，直到可以从砂芯漏斗上剥离下来，再放到真空干燥箱中室温下干燥1-2天，真空干燥后得到49. 3g的氧化石墨。实施例4本发明一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，包括以下制备步骤1、称取25g百川200目天然鳞片石墨粉，用漏斗倒入圆底烧瓶，取IL重量百分含量为98%浓硫酸缓缓倒入圆底烧瓶，连上电动搅拌器；2、设定搅拌速度为100转/分钟，称取75g高锰酸钾，在20分钟内逐步加入到浓硫酸石墨粉溶液中；3、将圆底烧瓶浸泡到水浴槽中，水浴温度设定为35 V反应2小时，搅拌转速设为 200转/分钟；4、反应结束后快速加入到盛有5L去离子冰水混合物的烧杯中(冰水质量比为 3 2)，在无需搅拌的情况下5分钟内加完，这时溶液颜色变为棕褐色；5、将重量百分含量为30%过氧化氢逐滴加入到烧杯中直到没有气泡产生，这时溶液会变成亮黄色悬浮液；6、通过玻璃砂芯真空过滤装置将亮黄色悬浮液中的不溶物过滤出来，然后用1. 5L 重量百分含量为10%稀盐酸和1. 5L去离子水各洗两遍；7、抽滤不溶物，直到可以从砂芯漏斗上剥离下来，再放到真空干燥箱中室温下干燥1-2天，真空干燥后得到50. 7g的氧化石墨。实施例5本发明一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，包括以下制备步骤1、称取20g百川200目天然鳞片石墨粉，用漏斗倒入圆底烧瓶，取0.90L重量百分含量为98%浓硫酸缓缓倒入圆底烧瓶，连上电动搅拌器；2、设定搅拌速度为100转/分钟，称取80g高锰酸钾，在20分钟内逐步加入到浓硫酸石墨粉溶液中；3、将圆底烧瓶浸泡到水浴槽中，水浴温度设定为35 V反应3小时，搅拌转速设为 200转/分钟；4、反应结束后快速加入到盛有6L去离子冰水混合物的烧杯中(冰水质量比为 1.25 1)，在无需搅拌的情况下5分钟内加完，这时溶液颜色变为棕褐色；5、将重量百分含量为30%过氧化氢逐滴加入到烧杯中直到没有气泡产生，这时溶液会变成亮黄色悬浮液；6、通过玻璃砂芯真空过滤装置将亮黄色悬浮液中的不溶物过滤出来，然后用1. 5L 重量百分含量为10%稀盐酸和1. 5L去离子水各洗两遍；7、抽滤不溶物，直到可以从砂芯漏斗上剥离下来，再放到真空干燥箱中室温下干燥1 2天，真空干燥后得到约51. 2g的氧化石墨。
从以上实施例可以看出，得到的氧化石墨重量为石墨粉原料重量的两倍左右，说明了本发明方法制备的氧化石墨插氧程度是较高的。
权利要求
1.一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，其特征在于该方法包括如下步骤a、先取石墨粉置于第一反应容器中，再在第一反应容器中加入重量百分含量为98%的浓硫酸并搅拌，石墨粉与浓硫酸的加入量满足每1克石墨粉对应加入40 50ml的浓硫酸；b、在步骤a的第一反应容器中加入高锰酸钾并搅拌，高锰酸钾的加入量满足每1克石墨粉对应加入3 4克的高锰酸钾；C、将步骤b的第一反应容器置于30 40°C的水浴中加热反应1 3小时；d、将水浴加热反应后的第一反应容器中的混合反应物加入到盛有去离子冰水混合物的第二反应容器中并搅拌，第二反应容器中去离子冰水混合物的加入量满足每1克石墨粉对应加入0. 2 0. 3L的去离子冰水混合物；e、持续搅拌，将过氧化氢逐滴加入到步骤d的第二应容器中直到没有气泡产生，此时， 第二反应容器中的反应物会变成亮黄色悬浮液；f、通过玻璃砂芯真空过滤装置将悬浮液中的不溶物过滤出来，过滤出来的不溶物先用稀盐酸洗若干遍后，用去离子水洗若干遍；g、抽滤去离子水洗后的不溶物，抽滤后将不溶物置于真空干燥箱中室温下干燥1 2 天，真空干燥后得到氧化石墨。
2.如权利要求1所述的一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，其特征是步骤d所述的去离子冰水混合物中冰与水的质量比为1 1 3 2。
3.如权利要求1所述的一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，其特征是在步骤d中，将水浴加热反应后的第一反应容器中的混合反应物加入到盛有去离子冰水混合物的第二反应容器中并搅拌使混合反应体系温度保持在0 10°C。
全文摘要
本发明涉及一种制备氧化石墨中利用冰水混合物稀释浓硫酸的方法，它包括如下步骤先取石墨粉置于第一反应容器中，再加入浓硫酸并搅拌；在第一反应容器中加入高锰酸钾并搅拌；第一反应容器置于30～40℃的水浴中加热；将第一反应容器中的混合反应物加入到盛有去离子冰水混合物的第二反应容器中并搅拌；将过氧化氢逐滴加入到第二应容器中直到没有气泡产生；将悬浮液中的不溶物过滤出来用稀盐酸、去离子水各洗若干遍；抽滤不溶物，抽滤后置于真空干燥箱中室温下干燥，真空干燥后得到氧化石墨。本发明的方法具有快速、工艺简单稳定、对设备要求低且适合于大规模生产等优点。
文档编号C01B31/00GK102275897SQ20111014306
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者温祝亮, 蔡燕 申请人:无锡第六元素高科技发展有限公司