粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯物理剝離式生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種具有良好柔性、電性能的二維材料。需要補(bǔ)充的是，嚴(yán)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(nèi)。
[0003]目前，石墨烯制備的方法主要有:化學(xué)生長法和物理剝離法。相比于效率低、不適合于工業(yè)化批量生產(chǎn)的化學(xué)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(jī)械力使石墨層間發(fā)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(yè)化前景和適合規(guī)模化生產(chǎn)。
[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(huán)氧基團(tuán)和羧基等含氧基團(tuán)，增大了石墨層間距，利于后續(xù)石墨層間剝離。但是這種化學(xué)物質(zhì)插層工藝耗酸量大，生產(chǎn)過程中有S0x、N0x等有害氣體或重金屬離子的污染，產(chǎn)品中有硫殘留，最終得到的石墨烯易產(chǎn)生缺陷，并且在應(yīng)用中對設(shè)備有腐蝕，降低了設(shè)備的使用壽命，增加了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，該方法可以有效地剝離石墨，且對石墨烯的結(jié)構(gòu)破壞小。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，該方法包括以下步驟:
S1.將純度在98%以上，粒徑為30~500 μ m石墨鱗片和剝離液按照1:2?5的重量比注入球磨罐內(nèi)，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、
水溶性鹽0.5?5份；
其中，各組份以其重量份數(shù)計。
[0007]S2.球磨4?48h,球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000 rpm/min以上；
53.停止反應(yīng)后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品；
54.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)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，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0008]優(yōu)選的技術(shù)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(yōu)選的技術(shù)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(shù)均分子量大于100000。
[0010]優(yōu)選的技術(shù)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法通過采用特殊的粘態(tài)剝離液用于石墨烯的剝離，該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，使用該剝離液配合球磨，可降低對球磨速度的要求，提高剪切效果，無需對石墨片層超高速剪切即可實(shí)現(xiàn)對石墨烯的剝離；另外，體系中添加的水溶性鹽可以提高體系的導(dǎo)電性，避免剝離的石墨烯因為靜電重新疊合在一起，保持剝離后的分散狀態(tài)。該剝離方法可以高效地剝離出石墨烯。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0013]實(shí)施例1
本發(fā)明是一種粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，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球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:水100重量份數(shù)、乙醇30重量份數(shù)、聚丙烯酸酯50重量份數(shù)、氟化鋰0.5重量份數(shù)。其中，聚丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:2。
[0014]S2.球磨4h,球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為6000 rpm/min。
[0015]S3.停止反應(yīng)后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品。
[0016]S4.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為1000 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。
[0017]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0018]實(shí)施例2
本發(fā)明是一種粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，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球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:水100重量份數(shù)、乙醇40重量份數(shù)、正丙醇20重量份數(shù)、聚氨酯改性丙烯酸酯80重量份數(shù)、氟化鈉2重量份數(shù)。其中，聚氨酯改性丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:3。
[0019]S2.球磨8h,球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為4000 rpm/min。
[0020]S3.停止反應(yīng)后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品。
[0021]S4.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3000 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。
[0022]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0023]實(shí)施例3
本發(fā)明是一種粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，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球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:水100重量份數(shù)、正丁醇40重量份數(shù)、丙二醇40重量份數(shù)、聚氨酯改性丙烯酸酯60重量份數(shù)、氯化鈉4重量份數(shù)。其中，聚氨酯改性丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:4。
[0024]S2.球磨24h,球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000 rpm/min。
[0025]S3.停止反應(yīng)后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品。
[0026]S4.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為4000 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。
[0027]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0028]實(shí)施例4
本發(fā)明是一種粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，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球磨罐內(nèi)，其中剝離液的組成為:水100重量份數(shù)、松油醇100重量份數(shù)、聚丙烯酸酯70重量份數(shù)、氯化鋰5重量份數(shù)。其中，聚丙烯酸酯的數(shù)均分子量大于100000。石墨鱗片和剝離液的重量比為1:5。
[0029]S2.球磨48h,球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000 rpm/min。
[0030]S3.停止反應(yīng)后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品。
[0031]S4.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)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。
[0032]S5.將步驟S4得到的濾餅以適量的蒸餾水洗滌，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，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(nèi)，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、 水溶性鹽0.5?5份； 其中，各組份以其重量份數(shù)計； 52.球磨4?48h,球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000rpm/min以上； 53.停止反應(yīng)后通過出料口將懸浮液排出至儲料罐內(nèi)，靜置24h以上得到初產(chǎn)品； 54.將步驟S3得到的儲料罐內(nèi)的石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)，離心機(jī)轉(zhuǎn)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，濾餅在冷凍干燥裝置內(nèi)冷凍干燥3h以上，即得到石墨烯產(chǎn)品。2.如權(quán)利要求1所述的粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，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(quán)利要求1所述的粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，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(shù)均分子量大于100000。4.如權(quán)利要求1所述的粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，其特征在于，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(fā)明公開了一種粘態(tài)物理剝離石墨烯的方法，包括步驟：S1.將石墨鱗片和剝離液注入球磨罐內(nèi)，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、水溶性鹽0.5～5份；S2.球磨4～48h，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000rpm/min以上；S3.停止反應(yīng)后將懸浮液排出至儲料罐內(nèi)靜置；S4.將石墨烯懸浮液輸送至離心機(jī)內(nèi)離心，取上層清液真空過濾得濾餅；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。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105712330
【申請?zhí)枴緾N201410708363
【發(fā)明人】戴加龍
【申請人】江陰碳谷科技有限公司