[发明专利]生产石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯生产技术领域，具体涉及一种生产石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是一种具有良好柔性、电性能的二维材料。需要补充的是，严格意义上说，石墨烯是一种单层的片状；不过由于单层石墨烯的制备难度，一般也把具有相近性能的寡层石墨烯也归类于石墨烯的范畴内。

目前，石墨烯制备的方法主要有：化学生长法和物理剥离法。相比于效率低、不适合于工业化批量生产的化学生长法，物理剥离法主要是采用低廉的石墨为原料，通过对石墨晶体施加机械力使石墨层间发生剥离，打破石墨层间的范德华力，形成单片石墨烯或寡层石墨烯，这种物理剥离方法更具有工业化前景和适合规模化生产。

在石墨烯剥离方法中，需要加入一些助剂以增加石墨的层间间距或是所谓的插层，从而使石墨更好地剥离。如采用硝酸、高锰酸钾、三氧化铬或过氧化氢作为氧化剂，浓硫酸作为插层剂，在石墨层间或边缘引入羟基、环氧基团和羧基等含氧基团，增大了石墨层间距，利于后续石墨层间剥离。但是这种化学物质插层工艺耗酸量大，生产过程中有SOx、NOx等有害气体或重金属离子的污染，产品中有硫残留，最终得到的石墨烯易产生缺陷，并且在应用中对设备有腐蚀，降低了设备的使用寿命，增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种生产石墨烯的方法，该方法液可以有效地剥离石墨，且对石墨烯的结构破坏小。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：一种生产石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：

S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液按照1：2～5的重量比注入球磨罐内，其中剥离液的组成为：

脂肪族羧酸溶剂100份、

纤维素或纤维素衍生物5～40份、

磨砂粒1～5份；

其中，各组份以其重量份数计；

S2.球磨4～48h，球磨机的转速为2000rpm/min以上；

S3.停止反应后通过出料口将悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品；

S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000～6000rpm/min，离心时间10min～2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼；

S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。

优选的技术方案是，在步骤S1中，所述脂肪族含羧酸溶剂为醋酸、草酸、琥珀酸、3～甲基～丁酸中的一种或多种。

优选的技术方案是，在步骤S1中，所述磨砂粒的粒径在5微米以下。

进一步优选的技术方案是，在步骤S1中，所述磨砂粒为氧化铝粉末、二氧化硅粉中的一种。

优选的技术方案是，在步骤S1中，所述纤维素或纤维素衍生物为甲基纤维素、乙基纤维素。

现有技术相比，本发明生产石墨烯的方法通过采用特殊的剥离液用于石墨烯的剥离，该剥离液中脂肪族羧酸溶剂与纤维素或纤维素衍生物，它们可以渗透到石墨片层中，并形成氢键；在球磨的过程中，产生的热量或者通过外加热的方式使氢键破坏，从而对石墨层产生冲击力；此外，体系中加入的磨砂粒配合常规球磨介质对石墨片层可以产生更强的剪切作用；该剥离液配合球磨，可以有效地促进石墨烯的剥离。该剥离方法可以高效地剥离出石墨烯。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明是一种生产石墨烯的方法，该生产石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：

S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：醋酸100重量份数、甲基纤维素5重量份数、氧化铝粉末2重量份数。二氧化硅粉末的粒径在5微米以下。石墨鳞片和剥离液的重量比为1：2。

S2.球磨48h，球磨机的转速为2000rpm/min。

S3.停止反应后通过出料口将悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。

S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000rpm/min，离心时间2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼。