一种分离、浓缩、提纯氧化石墨烯的方法与流程

文档序号:36251655发布日期:2023-12-03 02:07阅读:43来源:国知局

本发明涉及一种分离、浓缩、提纯的化工方法,特别是一种分离、浓缩、 提纯氧化石墨烯的方法,属于化学工程范畴。


背景技术:

1、石墨烯是科学家在21世纪初研究出来的一种新材料。经过近几十年的研 究,现在制备石墨烯常见的化学方法有brodie法、staudenmaier法及 hummers法。这些方法均是利用强酸对石墨进行预处理,再使用强氧化剂对石墨 进行氧化反应。石墨经过强氧化后得到氧化石墨烯,进一步将氧化石墨烯经过简 单还原制备成石墨烯产品。所以氧化石墨烯是一个制备石墨烯最重要的中间体。

2、由于石墨烯属于纳米、又是具有导体、光电子、空穴、载流子、磁子、催 化、二维结构等范畴为一体的特种材料。它还具有独特的薄层结构和聚集黑色的 特点。其特性决定了它具有很多(与其他材料难以所及的)优点。石墨烯现在已经 被广泛地应用于电器、电子工业、分离吸附工程、催化工程、军工行业、民用产 品等诸多领域。所以氧化石墨烯制备技术是应用石墨烯材料,制造其设备和器具 的关键基础,而分离氧化石墨烯又是该关键技术的瓶颈。

3、氧化石墨烯制备技术工艺需要使用大量的强酸和强氧化剂,其整个制备工 艺过程复杂而危险。在投入大量强酸和大量强氧化剂的同时也带来了大量的后处 理工程。

4、现在氧化石墨烯制备工艺过程最后的技术是分离、浓缩。完成这个过程所 使用的是高速离心技术,需要使用高速离心机械。但高速离心机分离处理能力有 限,分离效果有限。这种离心技术也需要投入很多资金,运转能耗高,运行成本大。


技术实现思路

1、本发明的目的:避开传统机械离心的分离方式,寻找一种分离效果好、安 全可靠、能耗低、易操作,达到分离、浓缩、提纯为一体的技术。

2、本发明的构思在于:

3、以分子量大小为依据,体系浓差扩散为理论,渗透压为动力,建立膜系统, 利用膜分离技术,达到分离、浓缩、提纯的效果。

4、本发明所述的构思,具体由如下技术方案来实现:

5、将已经反应结束,并准备进行最后分离的(物)料液置于分离膜容器中, 留出一定的容积空间,负压,密封;把装有料液的膜容器放入另一个盛有溶液的 开放容器中,让其自由浮动,随着时间的推移,膜容器会自然长胖而鼓起,且具有 弹性;当弹性足够时,再把富有弹性的膜容器移出溶液,放到一个自由的空间自然 凉至干瘪;打开密封,再把已经反应结束准备进行最后分离的(物)料液于已经 自然凉干瘪的分离膜容器中,如此反复操作几次,待分离膜容器中盛有一定量的泥 状物料后,停止加入物料,只是将自然凉干瘪的容器再次反复地放入溶液中数次, 最后得到分离、浓缩、高纯度的湿泥状黑色氧化石墨烯。

6、如上所述,其分离膜材料特征在于:至少由如下所述的任一或/和以上种的 组合:羧酸纤维、硝酸纤维、羟基纤维素、聚酰胺、聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚苯 并咪唑、磺化聚苯醚、聚苯并咪唑、磺化聚偏氟乙烯、磺化聚苯醚砜、磺化聚醚 醚酮、磺化聚苯乙烯材料、甲壳素、橡胶、乳胶、松香、虫胶、大肠衣、小肠衣、 膀胱、皮肤以及所做的分离膜;

7、如上所述,其分离膜改性材料特征在于:至少由如下所述的任一或/和以上 种的组合:改性羧酸纤维、改性硝酸纤维、改性羟基纤维素、改性聚酰胺、改性 聚酰胺酸、改性聚酰亚胺、改性聚苯并咪唑、改性磺化聚苯醚、改性聚苯并咪唑、 改性磺化聚偏氟乙烯、改性磺化聚苯醚砜、改性磺化聚醚醚酮、改性磺化聚苯乙 烯材料、改性聚乙烯、改性聚丙烯、改性聚酯、改性纤维素、改性甲壳素、改性 橡胶、改性乳胶、改性松香、改性虫胶、改性大肠衣、改性小肠衣、改性膀胱、 改性皮肤以及所做的分离膜。

8、如上所述,其特征在于:分离膜的截留分子量200-200000da。

9、如上所述,其特征在于:分离膜容器包括圆柱形,方形。

10、如上所述,其特征在于:分离膜容器开口方式为:上开口、下开口、上下开 口、上下左右六面开口。

11、如上所述,其特征在于(单一、复合或/和多元组合):所用的溶液为:自来 水、蒸馏水、去离子水、甲醇/水=1/1099/100、乙醇/水=1/10-99/100、丙醇/ 水=1/1099/100、异丙醇/水=1/10-99/100、丙酮/水=1/10-99/100、二甲基 亚砜/水=1/10-99/100、二甲基乙酰胺/水=1/10-99/100、二甲基甲酰胺/水 =1/10-99/100、甲基吡咯烷酮/水=1/10-99/100、乙基吡咯烷酮/水 =1/10-99/100。

12、如上所述,其特征在于:在膜容器在溶液中浸泡的时间为0,1-24小时。

13、如上所述,其特征在于:操作次数为1-50次。

14、如上所述,其特征在于:在分离膜容器中留出的空间为1/10-9/10。

15、本专利一种分离、浓缩、提纯氧化石墨烯的方法具有如下优点:

16、1、优秀的分离效果。可以将产物和付产物、杂质等一次操作完全分离, 最后达到提纯的功效。

17、2、浓缩功能。将本专利所述的操作过程反复、多次,就会把每次分离的产 物留置在膜容器中且依次累加,最后越加越多,达到浓缩的目的。

18、3、优异的纯化功能,本专利根据设计,可以进行各种分子量的分离。

19、4、操作实施安全、简单、方便。

20、5、经济节约成本。如本专利所述的一种分离浓缩提纯氧化石墨烯的方法 相比于机械离心分离,具有投资小、收率高、能耗小、无机械噪声、无机械伤害, 更便于安全生产。

21、6、产品形貌好。由于本专利,整个操作过程儿乎不受外力作用而达到分离、 浓缩、提纯的目的,所以产品保持了原有的形貌体态特征。更便于直接使用产品 或进行后二次处理加工。



技术特征:

1.一种分离、浓缩、提纯氧化石墨烯的方法,其特征在于:将已经反应结束,并准备进行最后分离的(物)料液置于带有分离膜容器中,留出一定的容积空间,负压,密封。把装有料液的膜容器放入另一个盛有溶液的开放容器中,让其自由浮动,随着时间的推移,膜容器自然长胖而鼓起,且有弹性;当弹性足够时,再把富有弹性的膜容器移出容器,放到一个自由的空间自然凉,至干瘪;打开密封,再把已经反应结束,并准备进行最后分离的(物)料液置于已经有自然凉干瘪的分离膜容器中,如此反复操作多次,待分离膜容器中盛有一定量的泥状物料后,停止加入物料,只是再次将自然凉干瘪的容器,再次反复地放入溶液中数次,最后得到分离、浓缩、高纯度的湿泥状黑色氧化石墨烯。

2.根据权利要求1所述的其分离膜材料特征在于:至少由如下所述的任一或/和以上种的组合:羧酸纤维、硝酸纤维、羟基纤维素、聚酰胺、聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚苯并咪唑、磺化聚偏氟乙烯、磺化聚苯醚砜、磺化聚醚醚酮、磺化聚苯乙烯、甲壳素、橡胶、乳胶、松香、虫胶、大肠衣、小肠衣、膀胱、皮肤以及所做的分离膜;

3.根据权利要求1所述的其特征在于:分离膜的截留分子量200-200000da。

4.根据权利要求1所述的其特征在于:分离膜容器形状包括圆柱形,方形、张方形。

5.根据权利要求1所述的其特征在于:分离膜容器开口方式为:上开口、下开口、上下开口、上下左右四面开口、上下左右前后六面开口。

6.根据权利要求1所述的其特征在于(单一、复合或/和多元组合):所用的溶液为:自来水、蒸馏水、去离子水、甲醇/水=1/1099/100(v∶v)、乙醇/水=1/10-99/100(v∶v)、丙醇/水=1/1099/100(v∶v)、异丙醇/水=1/10-99/100(v∶v)、丙酮/水=1/10一99/100(v∶v)、二甲基亚砜/水=1/10-99/100(v∶v)、二甲基乙酰胺/水=1/10-99/100(v∶v)、二甲基甲酰胺/水=1/10-99/100(v∶v)、甲基吡咯烷酮/水=1/10-99/100(v∶v)、乙基吡咯烷酮/水=1/10-99/100(v∶v)。

7.根据权利要求1所述的其特征在于:在膜容器在溶液中浸泡的时间为0.1-24小时。

8.根据权利要求1所述的其特征在于:操作次数为1-50次。

9.根据权利要求1所述的其特征在于:在分离膜容器中留出的空间为1/10-9/10。

10.根据权利要求1所述的其特征在于:晾干瘪的时间为3-36小时。


技术总结
本发明公开了一种分离、浓缩、提纯氧化石墨烯的方法,将制备好的氧化石墨烯原料液,置于用膜材料做成的容器中,留有适当的空间,密封,再把存有氧化石墨烯的容器放入储存了液体的槽中,适当搅拌等膜容器鼓足时,把膜容器取出,并置于一个自由的空间晾干瘪,后再打开密封,又加入氧化石墨烯原料液,如此反复操作多次,即可完成分离氧化石墨烯,这是一种集分离浓提纯氧化石墨烯的方法,这方法简单,无需特殊设备,运转几乎不用能耗,成本低,而且过程没有危险,安全可靠。

技术研发人员:谭小勇,孙国明
受保护的技术使用者:上海源叶生物科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/1/16
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