[发明专利]一种复合熔盐研磨剥离制备石墨烯的方法

说明书

本发明涉及石墨烯制备领域，公开了一种复合熔盐研磨剥离制备石墨烯的方法。包括如下制备过程：（1）将氯化钠与氯化钙加热熔融形成复合熔盐，然后与膨胀石墨搅拌分散均匀，再冷却、粉碎，得到石墨与盐镶嵌的大颗粒；（2）将石墨与盐镶嵌的大颗粒、分散剂、乙醇、研磨介质混合研磨，在大颗粒被不断研磨的同时，镶嵌的石墨被剥离形成石墨烯；（3）将研磨物料用粗网过滤，除去研磨介质，然后细网过滤，除去乙醇，进一步通过反复水洗除脱盐，干燥，得到石墨烯粉。本发明的制备方法，不但提高了研磨的效率，而且得到的石墨烯质量高。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备领域，公开了一种复合熔盐研磨剥离制备石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子构成的具有单原子层厚度的二维晶体，碳原子之间以sp2 杂化方式互相键合形成蜂窝状晶格网络，其基本结构单元是苯六元环，可看作是一层被剥离的单层石墨片，其厚度仅为0.35 nm。同其他云母、二硫化钼、滑石粉、蒙脱土、硼化物等二维材料一样，石墨的层间由很高键能的氢键连接。因此，为了将石墨剥离为单层或多层的石墨烯，关键的问题是克服石墨层间氢键能。

目前传统的化学氧化法制备石墨烯，其本质是利用强氧化剂（浓硫酸）破坏石墨层间的氢键，从而使得石墨被轻易的剥离为石墨烯，适合规模化制备。然而由于使用大量的强氧化剂，极易造成环境污染、成本高。另外，由于使用强氧化剂使得石墨烯的晶格受到损伤，石墨烯的增强性、电性能大幅下降。目前市面上大部分为氧化石墨烯，其应用具有很大的限制。

从理论上分析，只要有效地破坏石墨层间的氢键，制备石墨烯变为可能。为此，采用以机械力为代表的物理法，通过机械力能、电能、磁能、光能、声能等克服石墨层间氢键剥离制备石墨烯成为无污染、规模化、低成本化制备高品质石墨烯的最佳选择。特别是，通过机械力剥离制备石墨烯由于设备简单，产量规模大，生产环保，逐步成为生产石墨烯的主流技术。根据目前已公开的相关技术，已有采用球磨机、砂磨机、三辊磨、螺杆挤出机等研磨剪切设备剥离制备石墨烯的技术。

在生产实践中，石墨被逐步细化剥离，随着粒径的减小，剪切对石墨产生的剪切力越来越小，造成剥离效率低，而且得到的石墨烯是石墨、石墨烯微片、多层石墨烯、单层石墨烯的复合物，石墨烯质量较低。随着机械剥离石墨烯在锂电池、散热涂料、印刷导电浆料等高端产品的应用需求，对机械剥离石墨烯的质量要求越来越高，因此，需要进一步提升机械剥离制备石墨烯的质量和生产效率。

中国发明专利申请号201010179119.1公开了高效率低成本机械剥离制备石墨烯或氧化石墨烯的方法，利用固体颗粒和液体工作介质（或气体工作介质）采用机械剥离碳素材料后分离；获得石墨烯或氧化石墨烯；碳素材料为石墨粉、膨胀石墨、可膨胀石墨或氧化石墨粉。

中国发明专利申请号201910254520.8公开了一种通过机械剥离制备石墨烯的方法及其制备的石墨烯，该石墨烯的原料按质量百分比计包含：石墨粉4~25%，溶剂70~95%，表面活性剂0.1~5%。该发明还提供了该通过机械剥离制备石墨烯的方法，其包含：步骤（1），按比例称取各原料；步骤（2），对石墨粉进行膨化处理；步骤（3），将膨化石墨与溶剂、分散剂混合，进行分散处理；步骤（4），将分散液进行机械剥离；步骤（5），将处理液进行均匀化处理；步骤6，将处理液通过喷雾干燥，得到石墨烯粉体。

在生产实践中，石墨被逐步细化剥离，随着粒径的减小，剪切对石墨产生的剪切力越来越小，造成剥离效率低，而且得到的石墨烯是石墨、石墨烯微片、多层石墨烯、单层石墨烯的复合物，石墨烯质量较低。随着机械剥离石墨烯在锂电池、散热涂料、印刷导电浆料等高端产品的应用需求，对机械剥离石墨烯的质量要求越来越高，因此，需要进一步提升机械剥离制备石墨烯的质量和生产效率。

发明内容

通过上述可见，目前采用机械剥离制备石墨烯的方法具有剥离效率低、石墨烯质量较差的缺陷。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种复合熔盐研磨剥离制备石墨烯的方法，制备的具体过程为：