專利名稱：一種將廢棄回收石墨粉制備成石墨烯的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種納米材料技術，尤其是采用化學方法將廢棄回收石墨粉作為碳源制備ニ維納米材料石墨烯的方法。
背景技術：
石墨烯是由碳原子以Sp2雜化并排列成蜂窩狀六角平面結構而構成的ニ維晶體，是其它碳材料同素異形體的基本構成單元。石墨烯具有優(yōu)異的電學、光學、熱學及機械性能，并有極高的穩(wěn)定性，在多個領域都有極其廣泛的應用。石墨烯的制備方法有幾種ー種是輕微摩擦法或撕膠帶法，將石墨烯從石墨的表面剝離，可以獲得非常高質量的單層石墨烯，但是目前此方法只能制備小于I毫米的石墨烯片，較適合作為基礎研究方面的應用。另ー種是碳化硅上加熱外延生長獲得石墨烯，此方法可以得到大尺寸且非常均勻的薄膜，與エ業(yè)應用相匹配，但是此方法獲得的石墨烯質量還有待提高，且石墨烯與碳化硅襯底的作用也不能忽略，另外碳化硅襯底的成本非常高(遠高于單晶硅)。還有ー種方法是在鎳或銅等過渡金屬表面化學氣像沉積并轉移的方法獲得石墨烯，被認為是目前比較有效的生長大規(guī)模、且可轉移的石墨烯薄膜的方法。此方法獲得的石墨烯薄膜主要應用于透明導電薄膜、觸摸屏、光顯示等光電器件中。最后ー種是用氧化石墨并還原的方法可以得到超大量的但是尺寸較小的石墨烯片。但是，目前氧化法制備石墨烯存在著周期較長(3-7天)，成本還需繼續(xù)下降，雜質離子含量較多，以及環(huán)境保護(化學試劑，尾氣排放)等方面的問題。

發(fā)明內容
為了解決現有制備石墨烯的方法存在生產成本大高、周期長、環(huán)境污染等問題，本發(fā)明提供ー種利用廢棄回收石墨粉作為碳源制備石墨烯的方法，能有效地解決上述問題，制成品具有石墨烯的一般特性，且合成所需材料易得，方法簡便。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是將廢棄回收石墨粉氧化成氧化石墨烯漿料，再用洗滌液洗滌漿料去除多余雜質離子并干燥，最后將所得的氧化石墨烯置于高溫反應爐中即可還原得到石墨烯，具體步驟如下
一、石墨粉與濃硫酸混合
將Ig石墨與20-100ml 98%的濃硫酸(或等比例放大)加入反應釜中并攪拌均勻；
ニ、添加高錳酸鉀
非常緩慢地往反應釜中添加3. 0-6. Og高錳酸鉀，充分攪拌，并利用冷卻裝置(冰浴或循環(huán)冷卻設備)保持反應溶液溫度低于20攝氏度，然后，將溶液加熱至35±5攝氏度，并保持30-90分鐘；
三、滴入蒸餾水
在上述溶液中，緩慢加入一定量蒸餾水，使反應溶液溫度升至80-90攝氏度，并保持15-30分鐘；四、添加雙氧水
往反應釜中緩慢加入5-10ml雙氧水(濃度30%)，即可獲得金黃色溶液,至此獲得氧化石墨漿料；
五、洗滌、干燥氧化石墨烯漿料
用5-10%的鹽酸反復洗滌漿料，至上層溶液不含硫酸根為止，再加一定濃度氫氧化鉀至Ph值為9-10，充分攪拌，最后用去離子水洗去多余離子然后干燥；
六、還原獲得石墨烯
將獲得的氧化石墨烯樣品放入高溫爐中，在氬氣、氫氣或氨氣等環(huán)境下加熱至500-800攝氏度并保持1-3小時，至此，可獲得大批量1-5原子層厚的石墨烯樣品。采用以上技術方案后，本發(fā)明的有益效果是此方法獲得的石墨烯具有成本低、制備周期短、產率高、雜質離子含量低、設備簡單易控制等特點。并且，利用廢棄回收的石墨粉作為碳源，有效的提高了環(huán)境資源的利用率，并能由此獲得巨大的環(huán)境效益，經濟效益和社會效益，實現資源的可持續(xù)利用。迎合了目前石墨烯工業(yè)應用中對材料大量、快速、低成本、環(huán)保的需求，有利于實現工業(yè)化規(guī)模生產并推動石墨烯在儲能器件等領域的應用。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。


圖I是本發(fā)明的流程示意圖。圖2為本發(fā)明實例中獲得的氧化石墨烯的拉曼光譜圖。
具體實施例方式根據圖I、圖2所示，本發(fā)明涉及一種將廢棄回收石墨粉制備成石墨烯的方法，將石墨粉氧化成氧化石墨烯漿料，再用洗滌液洗滌漿料去除多余雜質離子并干燥，最后將所得的氧化石墨烯置于高溫反應爐中即可還原得到石墨烯，具體步驟如下
一、石墨粉與濃硫酸混合
將Ig石墨與20-100ml 98%的濃硫酸(或等比例放大)加入反應釜中并攪拌均勻；
二、添加高錳酸鉀
非常緩慢地往反應釜中添加3. 0-6. Og高錳酸鉀，充分攪拌，并利用冷卻裝置(冰浴或循環(huán)冷卻設備)保持反應溶液溫度低于20攝氏度，然后，將溶液加熱至35±5攝氏度，并保持30-90分鐘；
三、滴入蒸餾水
在上述溶液中，緩慢加入一定量蒸餾水，使反應溶液溫度升至80-90攝氏度，并保持15-30分鐘；
四、添加雙氧水
往反應釜中緩慢加入5-10ml雙氧水(濃度30%)，即可獲得金黃色溶液,至此獲得氧化石墨漿料；
五、洗滌、干燥氧化石墨烯漿料
用5-10%的鹽酸反復洗滌漿料，至上層溶液不含硫酸根為止，再加一定濃度氫氧化鉀至Ph值為9-10，充分攪拌，最后用去離子水洗去多余離子然后干燥；六、還原獲得石墨烯
將獲得的氧化石墨烯樣品放入高溫爐中，在氬氣、氫氣或氨氣等環(huán)境下加熱至500-800攝氏度并保持1-3小時，至此，可獲得大批量1-5原子層厚的石墨烯樣品。實施例I : 一、石墨與濃硫酸混合
首先，I. Og石墨粉與20ml 98%的濃硫酸加入反應釜后攪拌使其均勻混合，同時用冷卻裝置(冰浴)保持反應釜處于低溫。二、添加高錳酸鉀
混合均勻后，緩慢(非常緩慢，加熱過程中會急劇升溫)地將3. 5g高錳酸鉀加入到上述反應釜中，同時用機械攪拌器高速攪拌上述溶液，使高錳酸鉀能夠與前述溶液充分接觸。在添加過程中，使用外部冷卻設備(冰浴)保持釜內反應溶液溫度處于20攝氏度以下。此時溶液由黑色變成墨綠色。添加結束后，使用外部加熱裝置將溶液溫度升至35攝氏度，并使反應溶液溫度保持30分鐘。此時，溶液顏色緩慢變成棕褐色。三、滴入蒸餾水
之后，緩慢加入一定量蒸餾水至反應釜中，此時釜內反應溶液溫度上升至80°C，溶液變成灰黃色，并伴有粉紅色煙霧產生。保持此溫度15分鐘。四、添加雙氧水
將5ml雙氧水緩慢加入到上述反應釜中，溶液變成亮黃色，至此氧化過程結束，得氧化石墨烯漿料。五、洗滌、干燥氧化石墨烯漿料
用5%的鹽酸IOOOml洗滌上述氧化石墨烯漿料，至上層溶液不含硫酸根為止。將一定濃度氫氧化鉀溶液加入至氧化石墨烯漿料中至Ph值為9，機械攪拌使氫氧化鉀與氧化石墨烯漿料充分接觸。最后用清水洗去多余離子并干燥。/K、還原并猶得石墨稀
將獲得的氧化石墨烯樣品放入高溫爐中，在氬氣的環(huán)境下加熱至500攝氏度并保持3小時，樣品急劇膨脹并轉變?yōu)楹谏?。至此，大批量石墨烯樣品制備完成。實施?:
一、石墨與濃硫酸混合
首先，I. Og石墨粉與50ml 98%的濃硫酸加入反應釜后攪拌使其均勻混合，同時用冷卻裝置(冰浴)保持反應釜處于低溫。二、添加高錳酸鉀
混合均勻后，緩慢(非常緩慢，加熱過程中會急劇升溫)地將4. Og高錳酸鉀加入到上述反應釜中，同時用機械攪拌器高速攪拌上述溶液，使高錳酸鉀能夠與前述溶液充分接觸。在添加過程中，使用外部冷卻設備(循環(huán)水冷卻)保持釜內反應溶液溫度處于20攝氏度以下。此時溶液由黑色變成墨綠色。添加結束后，使用外部加熱裝置將溶液溫度升至35攝氏度，并使反應溶液溫度保持60分鐘。此時，溶液顏色緩慢變成棕褐色。三、滴入蒸餾水
之后，緩慢加入一定量蒸餾水至反應釜中，此時釜內反應溶液溫度上升至90°C，溶液變成灰黃色，并伴有粉紅色煙霧產生。保持此溫度20分鐘。
四、添加雙氧水
將5ml雙氧水緩慢加入到上述反應釜中，溶液變成亮黃色，至此氧化過程結束，得氧化石墨烯漿料。五、洗滌、干燥氧化石墨烯漿料
用10%的鹽酸2000ml洗滌上述氧化石墨烯漿料，至上層溶液不含硫酸根為止。將一定濃度氫氧化鉀溶液加入至氧化石墨烯漿料中至Ph值為9，機械攪拌使氫氧化鉀與氧化石墨烯漿料充分接觸。最后用清水洗去多余離子并干燥。/K、還原并猶得石墨稀
將獲得的氧化石墨烯樣品放入高溫爐中，在氫氣的環(huán)境下加熱至600攝氏度并保持2小時，樣品急劇膨脹并轉變?yōu)楹谏Ｖ链?，大批量石墨烯樣品制備完成。實施?
一、石墨與濃硫酸混合首先，I. Og石墨粉與IOOml 98%的濃硫酸加入反應釜后攪拌使其均勻混合，同時用冷卻裝置(冰浴)保持反應釜處于低溫。二、添加高錳酸鉀
混合均勻后，緩慢(非常緩慢，加熱過程中會急劇升溫)地將5. Og高錳酸鉀加入到上述反應釜中，同時用機械攪拌器高速攪拌上述溶液，使高錳酸鉀能夠與前述溶液充分接觸。在添加過程中，使用外部冷卻設備(循環(huán)水冷卻)保持釜內反應溶液溫度處于20攝氏度以下。此時溶液由黑色變成墨綠色。添加結束后，使用外部加熱裝置將溶液溫度升至35攝氏度，并使反應溶液溫度保持60分鐘。此時，溶液顏色緩慢變成棕褐色。三、滴入蒸餾水
之后，緩慢加入一定量蒸餾水至反應釜中，此時釜內反應溶液溫度上升至90°C，溶液變成灰黃色，并伴有粉紅色煙霧產生。保持此溫度15分鐘。四、添加雙氧水
將5ml雙氧水緩慢加入到上述反應釜中，溶液變成亮黃色，至此氧化過程結束，得氧化石墨烯漿料。五、洗滌、干燥氧化石墨烯漿料
用5%的鹽酸IOOOml洗滌上述氧化石墨烯漿料，至上層溶液不含硫酸根為止。將一定 濃度氫氧化鉀溶液加入至氧化石墨烯漿料中至Ph值為10，機械攪拌使氫氧化鉀與氧化石墨烯漿料充分接觸。最后用去離子水洗去多余離子并干燥。/K、還原并猶得石墨稀
將獲得的氧化石墨烯樣品放入高溫爐中，在氨氣的環(huán)境下加熱至800攝氏度并保持I小時，樣品急劇膨脹并轉變?yōu)楹谏?。至此，大批量石墨烯樣品制備完成?br> 本發(fā)明具體實施方式
如下
一種將廢棄回收石墨粉制備成石墨烯的方法。石墨粉氧化，在酸性介質中用氧化劑氧化，將石墨粉與濃硫酸加入反應釜后攪拌使其均勻混合，用冷卻裝置保持反應釜處于低溫(20攝氏度以下)，緩慢地將高錳酸鉀加入到上述反應釜中，同時用機械攪拌器高速攪拌上述溶液，使高錳酸鉀能夠與前述溶液充分接觸，添加高錳酸鉀時保持低溫(20攝氏度以下)。添加結束后升溫至35攝氏度，在此溫度維持一定時間；緩慢加入一定量蒸餾水至反應釜中，此時釜內反應溶液溫度上升至某一值，保持此溫度一定時間；將雙氧水緩慢加入到上述反應釜中，溶液變成亮黃色，至此氧化過程結束，獲得氧化石墨烯漿料。酸性介質為98%濃硫酸，氧化劑為高錳酸鉀、雙氧水。添加高錳酸鉀時，使用外部冷卻設備保持釜內反應溶液溫度處于20攝氏度以下；添加結束后，使用外部加熱裝置將溶液溫度升至30-40攝氏度，并使反應溶液溫度保持30-90分鐘，溶液顏色緩慢變成棕褐色。加入蒸餾水時，控制溫度在80-90°C,保持此溫度15-30分鐘，溶液變成灰黃色，并伴有粉紅色煙霧產生。石墨烯漿料的洗滌液分別是鹽酸、氫氧化鉀、去離子水。用鹽酸洗滌氧化石墨烯漿料，至上層溶液不含硫 酸根為止，再將一定濃度氫氧化鉀溶液加入至氧化石墨烯漿料中至規(guī)定Ph值，機械攪拌使氫氧化鉀與氧化石墨烯漿料充分接觸。最后用去離子水洗去多余離子并在常溫下通風干燥。所用鹽酸濃度為5-10%。洗滌后用氫氧化鉀溶液調節(jié)Ph值在9-10。將干燥的氧化石墨烯放入高溫爐中，在特定環(huán)境下加熱至較高溫度并保持一定時間，使氧化石墨烯還原轉變?yōu)楹谏氖Ｔ跉鍤?、氫氣或氨氣等環(huán)境下加熱至500-800攝氏度并保持1-3小時。本發(fā)明將廢棄再回收的石墨粉與濃硫酸混入反應釜中攪拌使其混合均勻。再緩慢添加高錳酸鉀，充分攪拌并保持反應溶液溫度低于20攝氏度。添加完后，使溶液溫度升至35±5攝氏度，保持該溫度30-90分鐘。之后往反應釜中緩慢加入一定量蒸餾水，溶液溫度升至80-90攝氏度并保持15-30分鐘。然后將雙氧水緩慢加入上述反應釜中，至此，氧化過程結束并獲得氧化石墨烯漿料。依次用一定濃度的鹽酸和氫氧化鉀加入反應釜中洗滌漿料，然后用去離子水洗去多余雜質離子并干燥。最后，將所得的氧化石墨烯樣品置于高溫反應爐中在氫氣、氬氣或氨氣等環(huán)境下于500-800°C加熱1-3小時，即可還原得到1-5個原子層厚的石墨烯樣品。
權利要求
1. 一種將廢棄回收石墨粉制備成石墨烯的方法，其特征是將廢棄回收石墨粉氧化成氧化石墨烯漿料，再用洗滌液洗滌漿料去除多余雜質離子并干燥，最后將所得的氧化石墨烯置于高溫反應爐中即可還原得到石墨烯，具體步驟如下 一、石墨粉與濃硫酸混合 將Ig石墨與20-100ml 98%的濃硫酸(或等比例放大)加入反應釜中并攪拌均勻； ニ、添加高錳酸鉀 非常緩慢地往反應釜中添加3. 0-6. Og高錳酸鉀，充分攪拌，并利用冷卻裝置(冰浴或循環(huán)冷卻設備)保持反應溶液溫度低于20攝氏度，然后，將溶液加熱至35±5攝氏度，并保持30-90分鐘； 三、滴入蒸餾水 在上述溶液中，緩慢加入一定量蒸餾水，使反應溶液溫度升至80-90攝氏度，并保持15-30分鐘； 四、添加雙氧水 往反應釜中緩慢加入5-10ml雙氧水(濃度30%)，即可獲得金黃色溶液,至此獲得氧化石墨漿料； 五、洗滌、干燥氧化石墨烯漿料 用5-10%的鹽酸反復洗滌漿料，至上層溶液不含硫酸根為止，再加一定濃度氫氧化鉀至Ph值為9-10，充分攪拌，最后用去離子水洗去多余離子然后干燥； 六、還原獲得石墨烯 將獲得的氧化石墨烯樣品放入高溫爐中，在氬氣、氫氣或氨氣等環(huán)境下加熱至500-800攝氏度并保持1-3小時，至此，可獲得大批量1-5原子層厚的石墨烯樣品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將廢棄回收石墨粉制備成石墨烯的方法。將廢棄再回收的石墨粉與濃硫酸混入反應釜中攪拌使其混合均勻，再緩慢添加高錳酸鉀，充分攪拌并保持低溫(<20攝氏度)。使溶液溫度升至35±5攝氏度并保持30-90分鐘。之后緩慢加入一定量蒸餾水，使溶液溫度升至80-90攝氏度并保持15-30分鐘。然后將雙氧水緩慢加入上述溶液中并緩慢攪拌，即可得到金黃色的氧化石墨烯漿料。依次用一定濃度的鹽酸、氫氧化鉀、去離子水洗滌漿料以去除雜質離子。最后，將所得的氧化石墨烯樣品置于高溫反應爐中，在氬氣、氫氣或氨氣等環(huán)境下于500-800oC加熱1-3小時，即可還原得到1-5個原子層厚的石墨烯樣品。其生產成本低、周期短、產率高、設備簡單易控制，適合大批量生產。利用廢棄回收的石墨粉作為碳源，有效的提高了環(huán)境資源的利用率。
文檔編號C01B31/04GK102616772SQ20121009821
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權日2012年4月6日
發(fā)明者丁榮, 倪振華, 郭喜濤 申請人:泰州巨納新能源有限公司