一種石墨烯物理剝離式生產方法
2023-04-28 10:21:31 2
一種石墨烯物理剝離式生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石墨烯生產技術領域，具體涉及一種用於將石墨剝離為石墨烯的剝離液。
【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；不過由於單層石墨烯的製備難度，一般也把具有相近性能的寡層石墨烯也歸類於石墨烯的範疇內。
[0003]目前，石墨烯製備的方法主要有:化學生長法和物理剝離法。相比於效率低、不適合於工業化批量生產的化學生長法，物理剝離法主要是採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，打破石墨層間的範德華力，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]在石墨烯剝離過程中，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。如採用硝酸、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，利於後續石墨層間剝離。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汙染，產品中有硫殘留，最終得到的石墨烯易產生缺陷，並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]本發明的目的在於克服現有技術中存在的缺陷，提供一種石墨烯物理剝離式生產方法，該剝離液配合機械研磨，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:一種石墨烯物理剝離式生產方法，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的重量比注入帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:
醇類溶劑100份、
聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50?80份、
橡膠粉0.5?5份、
水溶性鹽0.5?5份；
其中，各組份以其重量份數計；
52.加熱釜體，保持釜體內溫度為50°C~80°C，壓力為I?3atm，攪拌軸轉速為1000-2000 rpm/min,反應時間 3 ?6h ;
53.停止反應後通過出料口將上層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烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為1000?6000 rpm/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，濾餅在冷凍乾燥裝置內冷凍乾燥3h以上，即得到石墨烯產品。
[0007]優選的技術方案是，在步驟SI中，所述橡膠粉的粒徑為2?20微米。
[0008]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。
[0009]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於100000。
[0010]優選的技術方案是，在步驟SI中，所述水溶性鹽為氟化鋰、氟化鈉、氯化鈉、氯化鋰中的一種。
[0011 ] 現有技術相比，本發明石墨烯物理剝離式生產方法通過採用特殊的剝離液用於石墨烯的剝離，該剝離液添加具有膠水粘性的聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物，使用該剝離液配合研磨或攪拌，可降低對研磨或攪拌速度的要求，無需對石墨片層超高速剪切即可實現對石墨烯的剝離；配合具有高摩擦係數的橡膠粉，可以提高對石墨產生的剝離力；另外，體系中添加的水溶性鹽可以提高體系的導電性，避免剝離的石墨烯因為靜電重新疊合在一起，特別是消除橡膠粉表面的靜電，使剝離後的石墨烯保持剝離後的分散狀態。該生產方法在剝離石墨烯的同時，不腐蝕設備，不損傷石墨烯結構。
【具體實施方式】
[0012]下面結合實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用於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範圍。
[0013]實施例1
本發明是一種石墨烯物理剝離式生產方法，該石墨烯物理剝離式生產方法，該方法包括以下步驟:
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帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:乙醇100重量份數、聚丙烯酸酯50重量份數、氯丁膠粉0.5重量份數、氟化鋰2重量份數。其中，氯丁膠粉的粒徑為2?20微米；聚丙烯酸酯的數均分子量大於100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:50
[0014]S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為80°C，壓力為latm，攪拌軸轉速為2000 rpm/min,反應時間3h。
[0015]S3.停止反應後通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初女口廣叩ο
[0016]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 rpm/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。
[0017]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍乾燥裝置內冷凍乾燥3h以上，即得到石墨烯產品。
[0018]實施例2
本發明是一種石墨烯物理剝離式生產方法，該石墨烯物理剝離式生產方法，該方法包括以下步驟:
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帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:乙醇50重量份數、正丙醇50重量份數、聚氨酯改性丙烯酸酯80重量份數、丁苯膠粉5重量份數、氟化鈉5重量份數。其中，丁苯膠粉的粒徑為2?20微米；聚氨酯改性丙烯酸酯的數均分子量大於100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:2。
[0019]S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為50°C，壓力為3atm，攪拌軸轉速為1000 rpm/min,反應時間6h。
[0020]S3.停止反應後通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初女口廣叩ο
[0021]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6000 rpm/min,離心時間1min,取上層清液,在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅。
[0022]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍乾燥裝置內冷凍乾燥3h以上，即得到石墨烯產品。
[0023]實施例3
本發明是一種石墨烯物理剝離式生產方法，該石墨烯物理剝離式生產方法，該方法包括以下步驟:
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帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:正丁醇40重量份數、丙二醇60重量份數、聚氨酯改性丙烯酸酯60重量份數、ABS膠粉2重量份數、氯化鈉0.5重量份數。其中，ABS膠粉的粒徑為2?20微米；聚氨酯改性丙烯酸酯的數均分子量大於100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:3。
[0024]S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為60°C，壓力為1.5atm，攪拌軸轉速為1500 rpm/min,反應時間4h。
[0025]S3.停止反應後通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初女口廣叩ο
[0026]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4000 rpm/min,離心時間30min,取上層清液,在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅。
[0027]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍乾燥裝置內冷凍乾燥3h以上，即得到石墨烯產品。
[0028]實施例4
本發明是一種石墨烯物理剝離式生產方法，該石墨烯物理剝離式生產方法，該方法包括以下步驟:
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帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為:松油醇100重量份數、聚丙烯酸酯70重量份數、丁基膠粉4重量份數、氯化鋰3重量份數。其中，丁基膠粉的粒徑為2?20微米；聚丙烯酸酯的數均分子量大於100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為 1:4。
[0029]S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為70°C，壓力為1.5atm，攪拌軸轉速為1200 rpm/min,反應時間5h。
[0030]S3.停止反應後通過出料口將上層懸浮液排出至儲料罐內，靜置24h以上得到初女口廣叩ο
[0031]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3000 rpm/min,離心時間Ih,取上層清液,在真空過濾裝置中真空過濾得到濾餅。
[0032]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍乾燥裝置內冷凍乾燥3h以上，即得到石墨烯產品。
[0033]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於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範圍。
【主權項】
1.一種石墨烯物理剝離式生產方法，其特徵在於，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的重量比注入帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為: 醇類溶劑100份、 聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物 50?80份、 橡膠粉0.5?5份、 水溶性鹽0.5?5份； 其中，各組份以其重量份數計； 52.加熱釜體，保持釜體內溫度為50°C~80°C，壓力為I?3atm，攪拌軸轉速為1000-2000 rpm/min,反應時間 3 ?6h ; 53.停止反應後通過出料口將上層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烯懸浮液輸送至離心機內，離心機轉速為1000?6000 rpm/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，濾餅在冷凍乾燥裝置內冷凍乾燥3h以上，即得到石墨烯產品。2.如權利要求1所述的石墨烯物理剝離式生產方法，其特徵在於，所述步驟SI中，所述橡膠粉的粒徑為2?20微米。3.如權利要求1所述的石墨烯物理剝離式生產方法，其特徵在於，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。4.如權利要求1所述的石墨烯物理剝離式生產方法，其特徵在於，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於100000。5.如權利要求1所述的石墨烯物理剝離式生產方法，其特徵在於，所述步驟SI中，所述水溶性鹽為氟化鋰、氟化鈉、氯化鈉、氯化鋰中的一種。
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯物理剝離式生產方法，包括步驟：S1.將石墨鱗片和剝離液注入帶有攪拌器的釜體內，啟動釜體的電機進行攪拌，使物料混合均勻，其中剝離液的組成為醇類溶劑100份、聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50～80份、橡膠粉0.5～5份、水溶性鹽0.5～5份；S2.加熱釜體，保持釜體內溫度為50℃~80℃，壓力為1～3atm，攪拌軸轉速為1000~2000rpm/min，反應時間3～6h；S3.停止反應後將上層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，取上層清液真空過濾得到濾餅；S5.將濾餅洗滌冷凍乾燥。該方法在剝離石墨烯同時，不腐蝕設備，不損傷石墨烯結構。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105712336
【申請號】CN201410711115
【發明人】戴加龍
【申請人】江陰碳谷科技有限公司