經(jīng)過10天后依然穩(wěn)定地分散，未觀察到沉降。
[0051]實施例3
[0052](I)石墨的氧化反應(yīng):同實施例1中的步驟(I)。
[0053](2)絮凝和解絮凝實現(xiàn)氧化石墨的分離和分散:步驟(I)中得到的含有氧化石墨、無機鹽和酸的混合液先通過抽濾去除部分無機鹽和酸，在形成膠體、出現(xiàn)抽濾困難之前，再對去除部分無機鹽和酸的含有氧化石墨的混合液(濃度)加入受控絮凝處理劑芐基三甲基氯化銨(絮凝處理劑在體系的濃度為lg/L)，使氧化石墨快速絮凝沉降后，倒出上層清液得到沉降物，水洗、抽濾得到絮凝態(tài)氧化石墨濾餅；再將分離得到的絮凝態(tài)氧化石墨濾餅用水稀釋到0.5wt%，加入調(diào)控劑“氨水”使得體系pH值大于7、攪拌即可解除絮凝，制得均一分散的氧化石墨水分散液。
[0054](3)還原反應(yīng):上述均一分散的氧化石墨水分散液(濃度0.5wt % )經(jīng)超聲波處理后，得到均勻分散的土黃色氧化石墨烯的水分散液。在200ml的氧化石墨烯的水分散液中加入3克還原劑連二亞硫酸鈉進行還原反應(yīng)。還原反應(yīng)溫度為40°C，還原反應(yīng)時間為30分鐘。經(jīng)過濾，水洗，冷凍干燥后得到石墨烯粉末。
[0055]石墨烯粉末的分散性能使用測試例的方法進行測試的。經(jīng)過10天后依然穩(wěn)定地分散，未觀察到沉降。
[0056]實施例4
[0057](I)石墨的氧化反應(yīng):同實施例2中的步驟⑴。
[0058](2)絮凝和解絮凝實現(xiàn)氧化石墨的分離和分散:步驟(I)中得到的含有氧化石墨、無機鹽和酸的混合液先通過抽濾去除部分無機鹽和酸，在形成膠體、出現(xiàn)抽濾困難之前，再對去除部分無機鹽和酸的含有氧化石墨的混合液(濃度)加入受控絮凝處理劑苯基三甲基溴化銨(絮凝處理劑在體系的濃度為lg/L)，使氧化石墨快速絮凝沉降后，倒出上層清液得到沉降物，水洗、抽濾得到絮凝態(tài)氧化石墨濾餅；再將分離得到的絮凝態(tài)氧化石墨濾餅用水稀釋到0.5wt%，加入調(diào)控劑“氨水”使得體系pH值大于7、攪拌即可解除絮凝，制得均一分散的氧化石墨水分散液。
[0059](3)還原反應(yīng):上述均一分散的氧化石墨水分散液(濃度0.5wt % )經(jīng)超聲波處理后，得到均勻分散的土黃色氧化石墨烯的水分散液。在200ml的氧化石墨烯的水分散液中加入3克還原劑水合肼進行還原反應(yīng)。還原反應(yīng)溫度為KKTC，還原反應(yīng)時間為24小時。經(jīng)過濾，水洗，冷凍干燥后得到石墨烯粉末。
[0060]石墨烯粉末的分散性能使用測試例的方法進行測試的。經(jīng)過10天后依然穩(wěn)定地分散，未觀察到沉降。
[0061]實施例5
[0062](I)石墨的氧化反應(yīng):以15g天然石墨粉(12000目)為原料，在冰浴中加入330ml的98%濃硫酸，4.1g硝酸鈉和24.Sg高錳酸鉀，保持混合液溫度低于20°C，機械攪拌1.5小時。將上述混合液從冰浴中取出，在35°C的水浴中攪拌2.5小時進行反應(yīng)。之后加入690ml去離子水得到懸濁液，在90°C進一步反應(yīng)15分鐘。最后加入1020ml去離子水和50ml過氧化氫，反應(yīng)5分鐘，即得到黃色的含有氧化石墨、無機鹽和酸的混合液。其中，氧化石墨的氧原子和碳原子的比例通過XPS測試為0.4。
[0063](2)絮凝和解絮凝實現(xiàn)氧化石墨的分離和分散:同實施例2中的步驟(2)。
[0064](3)還原反應(yīng):同實施例2中的步驟(3)。
[0065]石墨烯粉末的分散性能使用測試例的方法進行測試的。經(jīng)過3天后依然穩(wěn)定地分散，未觀察到沉降；經(jīng)過10天后觀察到沉降。
[0066]對比例I
[0067](I)石墨的氧化反應(yīng):同實施例1中的步驟(I)。
[0068](2)直接向上述的含有氧化石墨、無機鹽和酸的混合液中加入絮凝劑十六烷基溴化銨(絮凝劑在體系的濃度為2.5g/L)，，使氧化石墨快速絮凝沉降后，倒出上層清液得到沉降物，水洗、抽濾得到絮凝態(tài)氧化石墨濾餅；再將分離得到的絮凝態(tài)氧化石墨濾餅用水稀釋到0.5wt%，絮凝態(tài)的氧化石墨無法均一分散；之后加入調(diào)控劑“氨水”使得體系pH值大于7，絮凝態(tài)的氧化石墨無法解除絮凝，無法制備得到均一分散的氧化石墨水分散液。
[0069](3)還原反應(yīng):由于該絮凝態(tài)的氧化石墨無法再分散，也不能解除絮凝，因此，無法通過液相體系下的還原反應(yīng)制備得到石墨烯。
[0070]通過高溫熱還原制備石墨烯:將步驟(2)中抽濾得到的絮凝態(tài)氧化石墨濾餅在60°C烘干，之后置于100tC馬弗爐烘干熱還原15秒，使氧化石墨膨脹剝離、含氧基團去除，同時十六烷基溴化銨也被降解，得到石墨烯粉末。
[0071]石墨烯粉末的分散性能使用測試例的方法進行測試的。經(jīng)過6小時后觀察到沉降。
[0072]對比例2
[0073](I)石墨的氧化反應(yīng):同實施例1。
[0074](2)直接向上述含有氧化石墨、無機鹽和酸的混合液中加入1.5ml濃度為10wt%的絮凝劑“聚丙烯基氯化銨”，使氧化石墨快速絮凝沉降后，倒出上層清液得到沉降物，水洗、抽濾得到絮凝態(tài)氧化石墨濾餅；再將分離得到的絮凝態(tài)氧化石墨濾餅用水稀釋到
0.5wt%，絮凝態(tài)的氧化石墨無法均一分散；之后加入調(diào)控劑“氨水”使得體系pH值大于7，絮凝態(tài)的氧化石墨無法解除絮凝，無法制備得到均一分散的氧化石墨水分散液。
[0075](3)還原反應(yīng):由于該絮凝態(tài)的氧化石墨無法再分散，也不能解除絮凝，因此，無法通過液相體系下的還原反應(yīng)制備得到石墨烯。
[0076]通過高溫熱還原制備石墨烯:將步驟(2)中抽濾得到的絮凝態(tài)氧化石墨濾餅在60°C烘干，之后置于100tC馬弗爐烘干熱還原15秒，使氧化石墨膨脹剝離、含氧基團去除，同時聚丙烯基氯化銨也被降解，得到石墨烯粉末。
[0077]石墨烯粉末的分散性能使用測試例的方法進行測試的。經(jīng)過6小時后觀察到沉降。
【主權(quán)項】
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:①石墨的氧化反應(yīng)氧化石墨的絮凝和解絮凝；③還原反應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯制備方法，其特征在于:所述石墨的氧化反應(yīng)，是以石墨為原料，用強氧化劑和強酸的混合液進行氧化，得到含有氧化石墨、無機鹽和酸的混合液。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石墨烯制備方法，其特征在于:所述絮凝和解絮凝是將含有氧化石墨、無機鹽和酸的混合液中加入受控絮凝處理劑，使氧化石墨絮凝沉降后分離；分離得到的絮凝態(tài)氧化石墨于水中加入調(diào)控劑解除絮凝，制備得到分散均勻的氧化石墨分散液。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯制備方法，其特征在于:所述受控絮凝處理劑為同時含有芳基和季銨基團的有機物。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯制備方法，其特征在于:所述受控絮凝處理劑為同時含有芳基和季銨基團的有機小分子。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯制備方法，其特征在于:所述受控絮凝處理劑為芐基三甲基溴化銨、芐基三甲基氯化銨、苯基三甲基溴化銨、或苯基三甲基氯化銨中的一種或幾種。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯制備方法，其特征在于:所述調(diào)控劑為堿性溶液。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨烯制備方法，其特征在于:所述調(diào)控劑為氨水、氫氧化鈉水溶液、或氫氧化鉀水溶液中的一種或幾種。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯制備方法，其特征在于:所述還原反應(yīng)是在液相體系下使用還原劑還原。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的石墨烯制備方法，其特征在于:所述還原劑為連二亞硫酸鈉、連二亞硫酸鉀、或水合肼中的一種或幾種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于絮凝-解絮凝實現(xiàn)氧化石墨的快速、高效分離，再通過還原反應(yīng)制備石墨烯的方法。該方法包括三個步驟：①石墨的氧化反應(yīng)，得到含有氧化石墨、無機鹽和酸的混合液；②氧化石墨的絮凝和解絮凝，得到均勻分散的氧化石墨分散液；③還原反應(yīng)，得到可良好分散的石墨烯。在本發(fā)明中，受控絮凝劑實現(xiàn)氧化石墨的分離，調(diào)控劑實現(xiàn)氧化石墨的解絮凝和均勻分散，而在還原時氧化石墨的受控絮凝劑對石墨烯有穩(wěn)定效果；三步環(huán)環(huán)相扣，一次性解決了的氧化石墨難分離和石墨烯難分散的兩大問題，可實現(xiàn)高效、規(guī)?；苽涓叻稚⒌氖?。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105645385
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】孫培育, 劉剛橋, 吳禎琪
【申請人】東麗先端材料研究開發(fā)（中國）有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2014年12月3日