工業化生產石墨烯的方法
【專利摘要】本發明公開了一種工業化生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟：S1.將石墨鱗片和剝離液注入球磨罐內，其中剝離液的組成為：水100份、醇類溶劑30～100份、聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50～80份；S2.球磨4～48h，球磨機的轉速為2000rpm/min以上；S3.停止反應后將懸浮液排出至儲料罐內，靜置；S4.將石墨烯懸浮液輸送至離心機內離心，離心后取上層清液真空過濾得到濾餅；S5.將濾餅洗滌，冷凍干燥。該剝離方法可以高效地剝離出石墨烯。
【專利說明】
工業化生產石墨烯的方法
技術領域
[0001]本發明涉及石墨烯生產技術領域，具體涉及一種工業化生產石墨烯的方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一種具有良好柔性、電性能的二維材料。需要補充的是，嚴格意義上說，石墨烯是一種單層的片狀；不過由于單層石墨烯的制備難度，一般也把具有相近性能的寡層石墨烯也歸類于石墨烯的范疇內。
[0003]目前，石墨烯制備的方法主要有:化學生長法和物理剝離法。相比于效率低、不適合于工業化批量生產的化學生長法，物理剝離法主要是采用低廉的石墨為原料，通過對石墨晶體施加機械力使石墨層間發生剝離，打破石墨層間的范德華力，形成單片石墨烯或寡層石墨烯，這種物理剝離方法更具有工業化前景和適合規模化生產。
[0004]在石墨烯剝離方法中，需要加入一些助劑以增加石墨的層間間距或是所謂的插層，從而使石墨更好地剝離。如采用硝酸、高錳酸鉀、三氧化鉻或過氧化氫作為氧化劑，濃硫酸作為插層劑，在石墨層間或邊緣引入羥基、環氧基團和羧基等含氧基團，增大了石墨層間距，利于后續石墨層間剝離。但是這種化學物質插層工藝耗酸量大，生產過程中有S0x、N0x等有害氣體或重金屬離子的污染，產品中有硫殘留，最終得到的石墨烯易產生缺陷，并且在應用中對設備有腐蝕，降低了設備的使用壽命，增加了生產成本。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種工業化生產石墨烯的方法，該方法可以有效地剝離石墨，且對石墨烯的結構破壞小。
[0006]為實現本發明的目的，本發明的技術方案是:一種工業化生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟:
[0007]S1.將純度在98%以上，粒徑為30?500 μ m石墨鱗片和剝離液按照1: 2?5的重量比注入球磨罐內，其中剝離液的組成為:
[0008]水100 份、
[0009]醇類溶劑30?100份、
[0010]聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50?80份；
[0011]其中，各組份以其重量份數計；
[0012]S2.球磨4?48h，球磨機的轉速為2000rpm/min以上；
[0013]S3.停止反應后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初產品；
[0014]S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為1000?6000rpm/min，離心時間1min?2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
[0015]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產品。
[0016]優選的技術方案是，在步驟SI中，所述醇類溶劑為乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一種或多種。
[0017]優選的技術方案是，在步驟SI中，所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的數均分子量大于100000。
[0018]現有技術相比，本發明工業化生產石墨烯的方法通過在剝離液中添加具有膠水粘性的聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物，使用該組合液配合球磨，可降低對球磨速度的要求，無需對石墨片層超高速剪切即可實現對石墨烯的高效剝離。該剝離方法可以高效地剝離出石墨烯。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0020]實施例1
[0021]本發明是一種工業化生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟:
[0022]S1.將純度在98%以上，粒徑為30?500 μ m石墨鱗片和剝離液注入球磨罐內，其中剝離液的組成為:水100重量份數、乙醇30重量份數、聚丙烯酸酯50重量份數。其中，聚丙烯酸酯的數均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1: 2。
[0023]S2.球磨48h，球磨機的轉速為2000rpm/min ；
[0024]S3.停止反應后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初產品；
[0025]S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為1000rpm/min，離心時間2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
[0026]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產品。
[0027]實施例2
[0028]本發明是一種工業化生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟:
[0029]S1.將純度在98%以上，粒徑為30?500 μ m石墨鱗片和剝離液注入球磨罐內，其中剝離液的組成為:水100重量份數、乙醇40重量份數、正丙醇20重量份數、聚氨酯改性丙烯酸酯80重量份數。其中，聚氨酯改性丙烯酸酯的數均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1: 3。
[0030]S2.球磨24h，球磨機的轉速為3000rpm/min ;
[0031]S3.停止反應后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初產品；
[0032]S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為6000rpm/min,離心時間lOmin，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
[0033]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產品。
[0034]實施例3
[0035]本發明是一種工業化生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟:
[0036]S1.將純度在98%以上，粒徑為30?500 μ m石墨鱗片和剝離液注入球磨罐內，其中剝離液的組成為:水100重量份數、正丁醇40重量份數、丙二醇40重量份數、聚氨酯改性丙烯酸酯60重量份數。其中，聚氨酯改性丙烯酸酯的數均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1: 4。
[0037]S2.球磨8h，球磨機的轉速為4000rpm/min ;
[0038]S3.停止反應后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初產品；
[0039]S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為2000rpm/min，離心時間lh，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
[0040]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產品。
[0041]實施例4
[0042]本發明是一種工業化生產石墨烯的方法，該方法包括以下步驟:
[0043]S1.將純度在98%以上，粒徑為30?500 μ m石墨鱗片和剝離液注入球磨罐內，其中剝離液的組成為:水100重量份數、松油醇100重量份數、聚丙烯酸酯70重量份數。其中，聚丙烯酸酯的數均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1: 5。
[0044]S2.球磨4h，球磨機的轉速為6000rpm/min ;
[0045]S3.停止反應后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初產品；
[0046]S4.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為5000rpm/min,離心時間20min，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅；
[0047]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥3h以上，即得到石墨稀產品。
[0048]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種工業化生產石墨烯的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 51.將純度在98%以上，粒徑為30?500μ m石墨鱗片和剝離液按照1: 2?5的重量比注入球磨罐內，其中剝離液的組成為:水100份、 醇類溶劑30?100份、 聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50?80份； 其中，各組份以其重量份數計； 52.球磨4?48h，球磨機的轉速為2000rpm/min以上； 53.停止反應后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初產品； 54.將步驟S3得到的儲料罐內的石墨稀懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為1000?6000rpm/min，離心時間1min?2h，取上層清液，在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅； 55.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產品。2.如權利要求1所述的工業化生產石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述醇類溶劑為乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一種或多種。3.如權利要求1所述的工業化生產石墨烯的方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的數均分子量大于100000。
【文檔編號】C01B31/04GK105883758SQ201410750517
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月9日
【發明人】戴加龍
【申請人】戴加龍