[发明专利]一种纳米石墨片制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨材料的制备工艺，具体的说是一种纳米石墨片的制备方法。

背景技术

纳米石墨片是由单层碳原子平面结构石墨烯堆垛而成，厚度为纳米尺度的两维纳米石墨材料。由于石墨片层之间是由微弱的范德华力结合的，所以可以将其片层剥离得到纳米石墨材料。纳米石墨片不仅具有极高的耐腐蚀性和化学稳定性，还具有良好的导电和导热性。

纳米石墨片的制备方法较多，常用物理方法是机械球磨法和超声波粉碎法。机械球磨法是利用石墨层间作用力小于石墨层碳原子的结合力而易被剥离的原理来制备纳米石墨片。例如，CN104505512A公开了一种球磨制备微晶石墨烯的方法，其制备时间长（80-120小时）且球磨使用的磨球损耗较高。

超声波粉碎法是利用超声作用下产生强压力场，是液体发生空化、破碎或爆裂，从而使膨胀石墨层间发生脱落，从而得到纳米石墨片。CN203794630U公开了一种连续化生产石墨烯粉体工业装置，其采用超声粉碎机和微波炉联合应用制备石墨烯，需要的设备要求较高，需要配备微波装置、喷雾干燥装置等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、合理，操作容易，制备效率高，适合工业化、连续化大量生产的纳米石墨片制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种纳米石墨片制备方法，其以膨胀石墨粉体为原料，其特征在于：首先将膨胀石墨粉体添加到分散溶剂中，组成混合液；而后通过离心泵将混合液循环加入到超声波粉碎机中；启动超声波粉碎机对混合液进行超声剥离粉碎作业40分钟至72小时，得到纳米石墨片溶液。

所述分散溶剂为酒精溶液，膨胀石墨粉体在该分散溶剂中的添加浓度范围0.5~10g/L，超声剥离粉碎作业得到纳米石墨片酒精溶液，所述纳米石墨片酒精溶液静置后，过滤、干燥得到厚度20-50纳米的石墨纳米片粉体。

所述酒精溶液是水与乙醇质量比低于1:2的乙醇溶液。

所述分散溶剂为含有表面活性剂的水溶液，膨胀石墨粉体在该分散溶剂中的添加浓度0.5~1.5g/L。

所述水溶液含有0.1-2%的羧甲基纤维素钠（CMC）表面活性剂，溶液pH值为11。

所述水溶液含有质量含量为0.5%的十二烷基苯磺酸钠分散剂。

所述超声波粉碎机中的超声波发生器超声功率为1.2-2.2千瓦可调，超声频率20KHz。

本发明制备过程简单，超声波纳米化是利用超声作用下产生强压力场，是液体发生空化、破碎或爆裂，从而使膨胀石墨层间发生脱落，从而得到纳米石墨片。只需要超声波发生器等简单、常见、易操作的设备。超声波粉碎机作用的腔体，采用离心泵连续送料，腔体外加装冷却循环水。得到的纳米石墨片溶液可以用于生产或科学试验，或者使用过滤、离心、干燥等方法获得纳米石墨片粉体。本发明只需配备离心泵等简单配套装置即可，干燥过程使用简单常用装置或自然晾晒即可完成。

具体实施方案

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

一种纳米石墨片制备方法，将80目鳞片石墨为原料获得的膨胀石墨按0.5~10g/L加入乙醇或含有表面活性剂的水溶液中，将溶液用离心泵送入超声波细胞粉碎机作用的腔体中，连续作用40分钟至72小时后，即可获得纳米石墨片的分散溶液。

本发明在对膨胀石墨的纳米化过程中所使用的介质为乙醇溶液。本发明还可以使用其他溶剂，比如在水溶液中加入适量表面活性剂，如羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠等做为分散剂，减弱膨胀石墨的团聚，并使膨胀石墨在溶液中分布均匀，纳米化程度更高。超声功率控制在2千瓦以上，粉体与酒精溶液浓度约10g/L，超声时间在40分钟即可获得均匀度很好的石墨纳米片层，片径5~50微米，厚度20~50纳米。

所述溶液可以是水和表面活性剂的混合液，但区别与酒精溶液的特征是水溶剂中膨胀石墨原料浓度在0.5~1.5g/L的稀溶液，并且获得的是石墨纳米片的分散液，静置2个月不产生沉淀。

所述超声波粉碎机中的超声波发生器超声功率为1.2-2.2千瓦可调，超声频率20KHz。

实施例1：一种石墨纳米片的制备方法，其按如下步骤进行：首先称取200目膨胀石墨3g，加入6L的无水乙醇，在超声波粉碎机工作腔体中，连续超声纳米化，进行72h后，烘干溶液，所得粉体即为纳米石墨片，片径5~10微米，厚度30纳米。