一种简单环保的石墨烯纸制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及石墨烯纸的制备方法，是一种简单环保的石墨烯纸制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，自2004年被发现以来受到广泛关注。石墨烯是目前最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎完全透明，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m.Κ，常温下其电子迀移率超过15000cm2/V.s，电阻率只约1(Γ6Ω.cm，理论比表面积2630m2/g。石墨稀应用范围广阔，由于其超薄和高强度的特性，可被广泛应用于超轻防弹衣、超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。由于其高传导性、高比表面积，作为电极材料用于储能器件中，如超级电容器、锂离子电池等。
[0003]现阶段制备石墨烯纸的方法大致分为两种，一种是采用水合肼还原得到石墨烯分散液，再将其抽滤制备石墨烯纸，此方法石墨烯分散液浓度低，抽滤时间长，水合肼毒性大，不适合大规模生产应用；另一种是采用高温或高温通还原性气氛还原氧化石墨烯纸，此方法对设备要求高，耗能高，生产成本高。
【发明内容】
[0004]为解决现有制备石墨烯纸方法的制备时间长、耗能高、成本高，不易大规模生产及环境污染问题，提供一种过程简单、环保的可实现大规模生产的石墨烯纸的制备方法。
[0005]本发明的技术方案:
[0006]一种简单环保的石墨烯纸制备方法，该石墨烯纸制备方法的步骤包括:
[0007]步骤一，称取石墨粉，按石墨粉与98%浓硫酸的固液比为lg:20mL?30mL称取98%浓硫酸；
[0008]将称取的98%浓硫酸加入容器中并置于冰浴环境，开启搅拌，直至温度为O?10°c时，依次加入称取的石墨粉和高锰酸钾，继续搅拌2?4h，石墨粉与高锰酸钾的质量比为1:3?8 ;
[0009]将所述的容器置于水浴环境中，加热温度至15?25°C，继续搅拌2?4h ;
[0010]按石墨粉与去离子水的固液比为lg:1OOmL?200mL称取去离子水，加入所述的容器中，温度升至90?95°C，继续搅拌30?60min ；
[0011]按石墨粉与10?30%过氧化氢的固液比为lg:1OmL?30mL称取10?30%过氧化氢，加入所述的容器中，继续搅拌至产生气泡，形成金黄色的混合液；
[0012]步骤二，将步骤一得到的金黄色混合液置于离心瓶中，放入离心机中，进行第一次离心，离心后，离心瓶中分成第一次上清液和第一次沉淀物，取出第一次的上清液，向第一次沉淀物中加入浓度为I?6%盐酸，搅拌5?30min，进行第二次离心，此时，离心瓶中分成第二次上清液和第二次沉淀物，将第二次离心后的上清液取出，滴入I?5mol/L氯化钡溶液，有白色硫酸钡产生，说明第二次的上清液中有硫酸根存在；
[0013]向第二次的沉淀物中加入浓度为I?6%的稀盐酸，搅拌5?30min，进行第三次离心，离心后，离心瓶中分成第三次上清液和第三次沉淀物，将第三次离心后的上清液取出，滴入I?5mol/L氯化钡溶液，有白色硫酸钡产生，说明第三次的上清液中有硫酸根存在；
[0014]向第三次的沉淀物中加入浓度为I?6%的稀盐酸，搅拌5?30min，进行第四次离心，离心后，离心瓶中分成第四次上清液和第四次沉淀，将第四次离心后的上清液倒入容器中，滴入I?5mol/L氯化钡溶液，有白色硫酸钡产生，说明第四次的上清液中有硫酸根存在；
[0015]重复上述过程，直到没有白色硫酸钡产生，此时沉淀物为没有硫酸根的沉淀物；
[0016]上述所使用的浓度为I?6%的稀盐酸与步骤一中称取的石墨粉的固液比为60?10mL:1g ；
[0017]步骤三，向步骤二中的没有硫酸根的沉淀物中，加入去离子水，搅拌5?30min，进行第一次离心，保留第一次没有硫酸根的沉淀物，加入去离子水，搅拌5?30min，进行第二次离心，保留第二次没有硫酸根的沉淀物，用PH试纸测试，若试纸显示酸性，继续加入去离子水，搅拌5?30min，进行第三次离心，保留第三次没有硫酸根的沉淀物，重复上述过程，直至离心后的上清液为中性，此时形成中性沉淀物；所用去离子水是按步骤一中与石墨粉的固液比为60?10mL:1g取用；
[0018]步骤四，向步骤三中得到的中性沉淀物中，加入去离子水，搅拌5?30min，倒入真空冷冻干燥机中进行冻干，得到氧化石墨烯粉末；加入的去离子水，按石墨粉与去离子水的固液比为Ig: 60?10mL取用；
[0019]步骤五，将步骤四中得到的氧化石墨烯粉末和去离子水，按lg:0.5L?2L的固液比混合，超声I?5h，得到氧化石墨烯分散液；
[0020]步骤六，向步骤五得到的氧化石墨烯分散液中，加入抗坏血酸，升温至40?60°C，保温时间为0.5?4h，降温冷冻，冷冻温度为-10?-3°C，冷冻时间为6?12h，将温度升至70?90°C，保温时间为0.5?4h，降温后超声10?30min，形成石墨稀的悬池液；加入的抗坏血酸按氧化石墨烯粉末与抗坏血酸质量比1:0.5?4取用；
[0021]步骤七，将步骤六的石墨烯的悬浊液用0.22?0.45 μm的滤膜抽滤后，浸泡于去离子水中12?24h，烘干后，将滤饼从滤膜上剥离，滤饼即为石墨烯纸。
[0022]本发明的有益效果:
[0023]本发明中采用加热-冷冻-加热的过程，第一次加热使氧化石墨烯部分还原，经过冷冻后部分还原的石墨烯形成网状结构，第二次加热使部分还原的石墨烯进一步还原，提高石墨烯的性能。超声将网状石墨烯打散形成石墨烯悬浊液，抽滤时间比用水合肼还原的石墨烯分散液短。氧化石墨烯采用抗坏血酸还原，工艺和原料成本低而且对环境污染小。
【附图说明】
[0024]图1石墨烯透射电镜照片。
[0025]图2石墨烯拉曼光谱。
[0026]图3石墨烯纸照片。
[0027]图4石墨烯纸截面扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0028]以下结合实例进一步说明本发明。
[0029]实施例一
[0030]步骤一，将98%浓硫酸10mL加入玻璃容器并置于冰浴环境中，开启搅拌，直至温度为0°C时，依次加入石墨粉5g和高锰酸钾15g，继续搅拌2h ;
[0031]将所述的玻璃容器置于水浴环境中，加热至15°C，继续搅拌2h ;
[0032]加入去离子水500mL，将温度升至90 °C，继续搅拌30min，加入10%过氧化氢50mL，继续搅拌至产生气泡，形成金黄色的混合液；
[0033]步骤二，将步骤一得到的金黄色混合液置于离心管中，放入离心机中，进行第一次离心，离心后，离心管中分成第一次上清液和第一次沉淀物，倒出第一次的上清液，向第一次沉淀物中加入浓度为1%盐酸300mL，搅拌5min ；
[0034]进行第二次离心，离心后，离心管中分成第二次上清液和第二次沉淀物，将第二次离心后的上清液倒入容器中，滴入lmol/L氯化钡溶液，有白色硫酸钡产生，说明第二次的上清液中有硫酸根存在；
[0035]向第二次的沉淀物中加入浓度为1%的盐酸300mL，搅拌5min，进行第三次离心，离心后，离心管中分成第三次上清液和第三次沉淀物，将第三次离心后的上清液倒入容器中，滴入lmol/L氯化钡溶液，有白色硫酸钡产生，说明第三次的上清液中有硫酸根存在；
[0036]向第三次的沉淀物中加入浓度为1%的盐酸300mL，搅拌5min，进行第四次离心，离心后，离心管