[发明专利]一种还原氧化石墨烯粉末提质改性的方法及其加热炉

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，更具体而言，涉及一种还原氧化石墨烯粉末提质改性的方法及其加热炉。

背景技术

石墨烯具有优良的电学、光学、物理、化学和结构特性，有着广泛的应用前景。特别是六员环的准二维结构和离域大π键，使其完美晶体具备高达20000cm/(V·s)的电子迁移率和5000W/mK以上的室温平面导热系数，在热电功能材料中具有极高的应用价值。到目前为止，常用的石墨烯制备方法有机械剥离法，化学气相沉积法，碳化硅外延生长法，液相剥离石墨法，氧化石墨烯还原法。但是，对实际应用来说，能够低成本、大规模的制备高品质的石墨烯是至关重要的。在这些方法中，氧化石墨烯还原法具有生产成本低、大规模制备简单、产率高的特点，是一种基本满足上述要求的有效方法。氧化石墨烯还原法是天然鳞片石墨通过Hummer，Brodie，Staudenmaier等方法大规模合成氧化石墨，然后经高温膨化或超声剥离制成氧化石墨烯，再经化学还原获得还原氧化石墨烯粉末或浆料。

目前有制备氧化石墨烯还原方法主要包括化学还原法、高能射线辐射法、溶剂热还原法等。如专利CN201510073801.5公开了一种催化还原氧化石墨烯的方法，先基于氧化石墨烯的盐析效应，将金属盐溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，形成絮状悬浮物，然后加入NH₃BH₃，在室温下利用还原出来的金属颗粒来催化NH₃BH₃水解从而在氧化石墨烯表面释放出具有高还原性的初生态氢原子，由氢原子来还原氧化石墨烯，这种化学还原法方法工艺简单，成本低廉，但是化学还原法过程中使用的化学试剂，如氨硼烷、水合肼、硼氢化钠、苯肼以及对苯二酚等，容易产生严重的环境污染。专利CN201610412825.3公开了一种亲疏水性可控的还原氧化石墨烯的制备方法，利用溶剂热反应制备出亲疏水可控的还原氧化石墨烯浆料，这种溶剂热还原法制备过程环境友好、绿色高效，无需添加任何还原剂，但是对实验条件要求严格，不能实现工业化和连续化生产。专利CN201710218841.3公开了一种触发方式的微波辅助高品质还原氧化石墨烯的制备方法利用还原氧化石墨烯、石墨烯粉、或铁钴镍等族金属等触发材料和氧化石墨烯薄层一起，在微波辐射的条件下，经过触发剂和微波的共同作用，使氧化石墨烯被还原，这种高能射线辐射对实验条件要求严格，且会限制样品的尺寸和均匀性。专利CN201610599766.5公开了一种一步法制备还原氧化石墨烯的方法，将氧化石墨烯浆料中直接加入金属还原反应，在同一反应器中一步实现从鳞片石墨到还原氧化石墨烯的制备，这种高温氢气还原法虽然不会对环境造成污染，但是这个过程必须在高温条件下进行。

作为还原氧化石墨烯制备的共同起始过程是天然鳞片石墨制成的插层产物氧化石墨。该反应会对石墨内部的六员环结构产生氧化作用，将-C=C-双键氧化成环氧官能团、羰基和羧基。前者经还原加氢使双键变成单键结构，后者直接使双键断裂，进而六员环结构和大π键遭到破坏，使石墨烯片层实现超高导热导电性能的微观结构遭到破坏，降低其性能指标。上述问题是所有还原氧化石墨烯制备路线均无法避免，所有公开的专利中的改进均集中在还原方法的效率和还原程度的提高方面，仅能控制含氧官能团的数量，无法有效地移除氧化石墨烯含有的含氧官能团，同时对因氧化过程产生的石墨烯片层内部的六员环结构破坏无能为力，无法修复因最初氧化插层造成的的单键以及双键断裂缺陷。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种还原氧化石墨烯粉末提质改性的方法及其加热炉，解决目前市售还原氧化石墨烯材料结构缺陷多、导热导电性能低等问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种还原氧化石墨烯粉末提质改性的方法，将还原氧化石墨烯粉料加入加热炉的内管中，在常压下向加热炉的内管中通入氩气20-60min以置换内部空气，置换后内管中保持常压，必要时可通过抽真空充氩气的方法提高置换效果。

加热炉开始升温同时通入氩气；炉温达到400℃时，进行保温；保温后通入氩气和氢气混合气流，同时以5-20℃/min的速度升温到750℃，进行保温；保温后通入氩气、氢气和甲烷混合气，通气时间10-90min，然后关闭氢气和甲烷气，保留氩气以稳定物料在炉内的状态；

物料在氩气中以5-10℃/min的升温速度加热到1000℃，保温40min，然后在惰性气体保护下自然降温到室温得到提质处理后的石墨烯粉料。