[发明专利]一种利用废弃石墨电极制备石墨烯的方法

说明书

本发明公开了一种利用废弃石墨电极制备石墨烯的方法，该方法以添加离子键金属盐熔融电解金属过程中废弃石墨电极为原料，在其表层剥离出被金属插层的石墨，此部分石墨在熔盐电解过程中于高温下被插层，其再经过液相剥层强化、精细阶段离心分级，最后经过分离、净化、干燥最终制备石墨烯。本发明所制备的石墨烯，少层、比表面积大，能耗低，变废为宝，具有很好的经济价值与社会价值。

技术领域

本发明属于熔融电解石墨电极领域，涉及一种利用废弃石墨电极材料制备石墨烯的方法。

背景技术

石墨电极的主要由无烟煤和粘结剂组成，在电解过程中，由于高温加热、金属离子插层作用、电化学插层作用、金属离子和电解质的渗透等熔盐电解过程中引起的反应，将造成石墨电极的改性、膨胀，甚至损坏。以熔盐电解铝过程为例，每产出一吨铝，将产生20kg～30kg的废石墨阴极。

目前世界各国电解铝厂对废石墨阴极炭块大多采用露天堆存或填埋处理，科研工作者也研发了一系列处理方法，包括有焙烧法、浮选法和硫酸分解法等等，但现有的这些方法主要集中在石墨阴极的无害化处理上，处理过程复杂且成本较高，并且产出的产品经济附加值相对较低，未能充分利用石墨电极的经济价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种利用废弃石墨电极制备石墨烯的方法，本发明制备成本低，产率高，变废为宝，具有很好的经济价值和社会价值。

本发明一种利用废弃石墨电极制备石墨烯的方法，包括如下步骤：

步骤一：废弃石墨电极的预处理、纯化、液相剥层强化

从废弃石墨电极上获取表层，将表层粉碎为粒径20μm～60μm的石墨粉，再将石墨粉置于液相纯化剥层液中，进行纯化及剥层强化处理，控制处理过程中液相纯化剥层液的pH值为0.5～2，处理完后，静置、分层，上层为含石墨烯的浊液、下层为粗粒石墨及难溶杂质颗粒，将上层、下层分离，获得上层含石墨烯的浊液备用，所述液相纯化剥层液含有铝离子盐，所述铝离子盐按铝元素与石墨粉的质量比为1：10～50进行配取与添加，所述废弃石墨电极为熔融电解制备金属过程所产生的废弃石墨电极或废旧钠离子电池石墨电极；

步骤二：离心分级

将含石墨烯的浊液进行离心分级，分别得到微米级颗粒、亚微米级颗粒以及含纳米级颗粒的悬浮液，所述含纳米级颗粒的悬浮液即为含石墨烯的悬浮液；

步骤三：后处理

将步骤二所得的含石墨烯的悬浮液经过固液分离、洗涤、干燥即获得石墨烯。

本发明中，步骤一中分离后的下层可作为粗粒石墨和钠、铝、氟回收的原料；步骤二中所得微米级颗粒也作为粗粒石墨和钠、铝、氟回收的原料；步骤二中所得亚微米级颗粒继续处理制备石墨烯。

本发明中，步骤一中，通过特定pH值下含有铝离子盐的液相纯化剥层液，对石墨粉同时实现纯化及液相剥层强化，并且在整个处理过程中，避免了杂质中HF的释放，实现了环境友好的处理。

本发明一种利用废弃石墨电极制备石墨烯的方法，步骤一中，所述废弃石墨电极，为添加离子键金属盐熔融电解制备金属过程中产生的废弃石墨电极。废弃石墨电极在熔融电解过程经历加热、金属离子插层作用、电化学插层作用，这些作用虽然使电极损坏，同时也是废弃石墨电极充分插层的过程，石墨的片层结构被充分打开。本发明中对于废弃电池在熔融电解过程中循环使用次数不受限定。

优选地，本发明一种利用废弃石墨电极制备石墨烯的方法，所述离子键金属盐的金属离子半径为50pm～150pm。作为进一步的优选，所述离子键金属盐的金属离子为锂、铝、铁、钠、钾、镁中的至少一种。

优选地，本发明一种利用废弃石墨电极制备石墨烯的方法，所述的离子键金属盐的阴离子氟离子、氯离子中的至少一种。