一种石墨插层化合物的多效处理方法与流程

本发明涉及石墨烯制备，特别是指一种石墨插层化合物的多效处理方法。

背景技术：

1、现有技术中，粉体石墨烯(如还原氧化石墨烯)的液相法制备过程中，常用浓硫酸、盐酸、高氯酸、浓硝酸、高锰酸钾等所组成的单组分或多组分混合液。石墨鳞片通过这些溶液的浸泡、氧化、槽内电解等方式，把这些化学组分插入到石墨鳞片的层间，形成石墨插层化合物。石墨插层化合物还需再经后续的高温制粉、还原反应等步骤才能得到较高质量的还原氧化石墨烯产品。

2、石墨鳞片插层结束后，石墨插层化合物通过离心、压滤等措施从氧化剂溶液中分离出来，得到湿态的、夹带一定量氧化剂残液的石墨插层化合物。这些氧化剂残液通常用水来清洗、置换，因为后续制粉、还原过程中的高温条件会对过流设备造成严重腐蚀，而且残留的氧化物还会与石墨发生耗碳反应，使产品的收率下降。

3、用水洗除氧化剂残液，是液相法石墨烯粉体制备必不可少的步骤，但洗涤过程会造成部分插层的氧化物流失，降低了插层效果；且洗涤干燥后，仍然会有部分水分残留在插层物之间，影响后续石墨烯的剥离效果。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种石墨插层化合物的多效处理方法；本发明在石墨插层化合物制粉和氧化石墨烯进行还原反应前，对水洗后的石墨插层化合物进行预处理，减轻水洗对插层效果造成的不良影响，提高了氧化石墨烯还原过程的还原能力。

2、为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种石墨插层化合物的多效处理方法，包括：

4、步骤1：对湿法制备的石墨插层物进行水洗、过滤和轻度干燥，得到石墨插层化合物；

5、步骤2：将上述步骤1制备的石墨插层化合物与氨基甲酸铵按一定比例加入到粉碎机内，使其粉碎、混合、分散均匀；

6、步骤3：将上述步骤2制备的混合物料导入反应器内，向反应器通入二氧化碳，通过搅动物料，使其充分反应，得到碳酸氢铵包膜的石墨插层化合物料粉。

7、进一步的，所述步骤1中，湿法制备的石墨插层化合物具体为：以浓硫酸、盐酸、高氯酸、浓硝酸、高锰酸钾中的一种或多种组分为插层剂，通过浸泡、氧化或槽内电解制备得到的。

8、优选的，所述步骤1中，最后得到的石墨插层化合物的含水率为10-20wt％。

9、优选的，所述步骤2中，氨基甲酸铵用量为石墨插层化合物质量的20-40％。

10、优选的，所述步骤3中，二氧化碳与氨基甲酸铵的摩尔比≥1：1；所述反应器温度保持5-20℃。

11、另一方面，本发明还提供一种石墨烯的制备方法，以上述方法制备的石墨插层化合物料粉为原料，经高温膨胀处理得到石墨烯。

12、进一步的，所述石墨烯的制备方法具体包括：

13、首先，将上述方法制备的石墨插层化合物料粉放入高温炉里，抽真空一段时间，通入惰性气体，使体系中氧气含量小于0.1％；

14、然后，将上述体系升温至1000-1200℃，反应一段时间，利用惰性气体将粉体吹出(当气体流速在6m/s以上时，可直接将粉尘吹出)，然后降温，收集得到石墨烯。

15、优选的，所述惰性气体为氩气或氮气。所述升温以50-60℃/min升温速率进行。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、本发明通过粉碎机对石墨插层化合物和氨基甲酸铵进行混合，且石墨插层化合物中的水分与氨基甲酸铵发生如下式i反应：

18、nh2coonh4+h2o＝＝＝(nh4)2co3             (i)；

19、然后向螺旋输料反应器通入二氧化碳，混合的物料与二氧化碳接触，发生式ii反应：

20、(nh4)2co3+co2+h2o＝＝＝2nh4hco3           (ii)；

21、产生的碳酸氢铵会替代石墨插层化合物中的水分，相当于对石墨进行了进一步的插层，解决现有技术中水洗降低插层效果的技术问题。

22、同时，制备的碳酸氢铵包膜的石墨插层化合物料粉在后续制粉过程中，碳酸氢铵受热首先分解成氨气、二氧化碳和水，气体膨胀致使石墨烯剥离，且产生的氨气在更高温度下会分解成氮气和氢气，氢气作为优质的还原剂，可以参与氧化石墨烯的还原反应，减少石墨烯的缺陷，提高其导电能力；同时，分解过程放出的n2和co2是很理想的惰性气，可稀释石墨插层化合物制粉、还原过程产生的酸性气体，减少粉体降温、包装时对这些杂质气体的吸附量。

23、石墨插层化合物经本发明处理后，物料呈碱性，可有效减轻对物料输送设备、反应设备的腐蚀，减少腐蚀物对粉体的污染。

技术特征：

1.一种石墨插层化合物的多效处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的石墨插层化合物的多效处理方法，其特征在于，所述步骤1中，湿法制备的石墨插层化合物具体为：以浓硫酸、盐酸、高氯酸、浓硝酸、高锰酸钾中的一种或多种组分为插层剂，通过浸泡、氧化或槽内电解制备得到石墨插层化合物。

3.根据权利要求1所述的石墨插层化合物的多效处理方法，其特征在于，所述步骤1中，石墨插层化合物的含水率为10-20wt％。

4.根据权利要求1所述的石墨插层化合物的多效处理方法，其特征在于，所述步骤2中，氨基甲酸铵用量为石墨插层化合物质量的20-40％。

5.根据权利要求1所述的石墨插层化合物的多效处理方法，其特征在于，所述步骤3中，二氧化碳与氨基甲酸铵的摩尔比≥1：1；所述反应器温度为5-20℃。

6.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，以权利要求1-5任一所述的方法制备的石墨插层化合物料粉为原料，经高温膨胀处理得到石墨烯。

7.根据权利要求6所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氮气。

9.根据权利要求7所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述升温以50-60℃/min升温速率进行。

技术总结
本发明公开了一种石墨插层化合物的多效处理方法，属于石墨烯制备技术领域。上述方法包括：对湿法制备的石墨插层物进行水洗、过滤和轻度干燥，得到石墨插层化合物；将上述制备的石墨插层化合物与氨基甲酸铵按一定比例加入到粉碎机内，使其粉碎、混合、分散均匀；将上述制备的混合物料导入反应器内，向反应器通入二氧化碳，通过搅动物料，使其充分反应，得到碳酸氢铵包膜的石墨插层化合物料粉。本发明在石墨插层化合物制粉和氧化石墨烯进行还原反应前，对水洗后的石墨插层化合物进行预处理，减轻水洗对插层效果造成的不良影响，提高了氧化石墨烯还原过程的还原能力。

技术研发人员：李东田,孙蕾,马玉晓,张玉红,杨树,吴楠
受保护的技术使用者：山东恒华新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15