本发明涉及石墨烯材料，具体涉及一种低成本沥青基石墨烯的制备方法。
背景技术：
1、自从2004年manchester大学的geim研究小组首次制备出石墨烯以来，由于其优异的电学性能、突出的导热性能、超常的比表面积、超高的杨氏模量和断裂强度，使其在环境、能源、医学、复合材料、传感器等前沿领域展现出巨大的应用潜力。目前国内大部分石墨烯生产商主要以采用氧化-还原法和直接液相剥离法制备石墨烯。其中前者需要使用强酸强氧化剂等物质，存在严重的环境污染问题，后者主要以超声方式剥离天然石墨，辅以小分子或大分子物质作为稳定剂，但效率低下、产品层数偏高，且这两种方法都以天然石墨为原料，而石墨作为不可再生资源，价格昂贵，而且近几年无节制的开采也引发了资源短缺等问题。基于此，亟需研发一种低成本生产大批量石墨烯的方法。
2、沥青作为一种工业副产品，其组分中的沥青质和胶质是由碳氢含量较高的大分子及聚团结构组成，具有较高的含碳量且容易发生聚合或交联，经过热处理后最终可以生成石墨烯或类石墨烯材料。但由于沥青具有热塑性，这使得沥青在转化过程中，很难控制最终碳材料的结构。因此，现有研究可通过引入氧化镁、氧化钙、二氧化硅和熔融盐等物质作为模板用以调节沥青基石墨烯的孔隙结构和形貌。salvador fernández等将caco3作为模板，以石油沥青为原料，成功制备出了氧化类石墨烯材料(fuel，2019，241,297-303.)。cheng等利用一种石墨烯沉积装置通过热解石油沥青制备了沥青基石墨烯纸(carbon，2011，49(8)：2852-2861.)。wang等人通过调节石油沥青中可调熔盐介质的炭化温度成功制备出了具有优良电化学性能的碳纳米片(acs applied materials&interfaces，2018，10(6)：5577-5585)。ning等以石油沥青为原料，层状蛭石为模板，成功制备厚度约为4nm的沥青基石墨烯材料(carbon，2013，62：213-221)。li与qiu等人用nacl(carbon，2020，166：218-226.)、石墨化碳化氮(industrial&engineering chemistry research，58(11),4487-4494.)、nacl/kcl(carbon，2017，122：44-351.)或kcl/cacl2(acs appl.mater.interfaces 2018，10(6)：5577-5585.)复合盐作为模板诱导催化石油沥青高温裂解制备了较少缺陷的类石墨烯二维纳米碳层。授权公告号为cn103072982b的中国发明专利中以沥青为原料、金属粉(如铁粉、铜粉等)或氧化物粉体(如氧化铝、氧化镁、氧化铁等)为添加剂经400-1000℃和1200-2000℃两步高温炭化过程制备了一种低成本沥青基石墨烯；而在公开号为cn102381701a的中国发明中，直接经200-400℃和500-1000℃的两阶段热解炭化宏亮制备沥青基石墨烯。
3、上述这些以石油沥青或煤沥青为原料制备石墨烯的路线绝大多数存在如下几个问题：①大部分添加剂一般起模板作用，但常用的金属氧化物、熔融盐等模板剂均存在相对成本较高等问题；②沥青与添加剂之间大多采用固相加热混合，导致沥青和添加剂之间难以均匀混合，导致炭化过程中添加剂不能充分发挥其作用；③制备的沥青基石墨烯大多为多孔结构，虽比表面积较大但大多导电性较差，从而限制了沥青基石墨烯的实际应用潜力。
技术实现思路
1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种低成本沥青基石墨烯的制备方法，其解决了现有技术中以石油沥青或煤沥青为原料制备石墨烯存在成本高、添加剂不能充分发挥作用以及导电性差的问题。
2、一种低成本沥青基石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
3、s1：将沥青类物质溶于一定体积的有机溶剂中，随后按比例加入硅酸盐水泥及铁类物质，室温机械搅拌一段时间后再加热搅拌，蒸馏回收有机溶剂，得到混合均匀的沥青预加工底料；
4、s2：将得到的沥青预加工底料在氮气气氛下用管式炉进行高温碳化处理，随后酸洗除去硅酸盐水泥和催化剂，真空干燥后得到石墨烯。
5、优选地，s1中的沥青类材料为石油沥青或煤沥青。
6、优选地，s1中的有机溶剂为三氯乙烯或甲苯。
7、优选地，s1中的硅酸盐水泥为标号p.o 32.5、p.o 42.5、p.o 52.5中的一种，并且按照质量比沥青类物质：硅酸盐水泥为1：8-1:50加入硅酸盐水泥。
8、优选地，s1中的铁类物质为单质铁粉、fecl3，k2feo4，fe(no3)3、草酸高铁铵中的一种，其中单质铁粉的纯度≥99.99％，其粒度为0.5～100um，并且铁类物质加入的质量占沥青类物质质量的3％～10％。
9、优选地，s1中在室温下的搅拌时间为30min-60min，转速全程为300-500r/min。
10、优选地，s1中的蒸馏温度为90～120℃。
11、优选地，s2中的氮气流量为20～150ml/min，并且碳化处理采用分段升温程序，升温速率控制在2-10℃/min，先升至400℃-500℃保温1-2h，再升温至700℃-800℃保温1-2h。
12、优选地，s2中的酸洗使用的是浓度为2～8mol/l的盐酸、硫酸或硝酸中的一种。
13、优选地，s2中的干燥条件为在60℃-80℃下干燥8h-12h。
14、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
15、1、本发明采用价格极为低廉的普通硅酸盐水泥作为模板，少量铁类物质为石墨化催化剂，与沥青液相均匀混合后经一步高温炭化处理可制备导电性极好的沥青基石墨烯，而且方法简单易操作，层数可控，并且产品缺陷少、导电性好且兼顾经济性。
16、2、本发明之所以采用普通硅酸盐水泥作为模板，是由于水泥主要成分为硅酸三钙、硅酸二钙等熟料，能诱导碳原子定向排布和生长，同时按相关国家标准，水泥熟料的比表面积不低于300m2/kg，为沥青炭化提供了丰富的成核位点；而石油沥青和煤沥青能够溶于三氯乙烯和甲苯等溶剂，经液相混合和加热除去溶剂后可使沥青充分包裹在模板表面，有效防止了沥青材料自身的无效碳化，保证大部分炭化反应都发生子在水泥模板与沥青两种物质的界面交界处；添加的少量铁类物质作为催化石墨化促进剂，促进了在水泥模板表面制备的二维碳纳米片能够在低温下进行石墨化，从而使得制备沥青击石墨烯具有良好的导电性能。
17、3、首先，本发明通过利用沥青类材料制备石墨烯，极大提升了沥青这一石油工业副产品以及道路废弃沥青的高附加值利用途径；其次，本发明操作简单且所采用的原材料成本远远低于如今商业石墨烯，而且制备出的石墨烯材料缺陷少导电率高，可以实现高品质石墨烯的低成本宏量制备，具备广阔的应用前景。
18、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。