石墨烯的分离纯化方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯的分离纯化方法，属于石墨烯技术领域。它包括取生物质炭或树脂改性沥青在1300～1350℃下隔绝氧气加热得到包含石墨烯的混合物，取混合物在溶剂中经液相分离得到1层至15层的石墨烯，具体步骤如下：1)取混合物研磨成目数不低于3000目的颗粒物，将颗粒物加入到溶剂中，再加入依地酸二钠，搅拌混合均匀得混合液；2)取混合液超声振荡20～180min，再进行离心分离，控制离心转速为1000～8000r/min，离心时间10～60min，收集石墨稀悬浮液；3)重复上述步骤2)至少1次，过滤处理，滤上物干燥后即得到石墨烯。本发明专利技术设计的分离方法回收率高，且能保证石墨烯纯度比较高。

Separation and purification of graphene

【技术实现步骤摘要】
石墨烯的分离纯化方法
本专利技术涉及石墨烯的纯化，属于石墨烯
，具体地涉及一种石墨烯的分离纯化方法。
技术介绍
石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积而成的二维碳原子晶体，其厚度约为0.335nm，其中碳-碳键通过SP2杂化形成，键长约为0.142nm，在石墨烯平面内，每个碳原子与相邻的三个碳原子以σ键相连，使整个片层具有高的结构强度。同时，每个碳原子都有一个未成键的π电子，因此在垂直方向上可以形成π轨道。由于π轨道的存在，使得电子在石墨烯晶体中可以自由运动，使石墨烯具有优异的电子传输性能，室温下平面上的电子迁移率为15000cm2V-1s-1，与这数值对应的电阻率为10-6Ω·cm，稍小于银的电阻率1.59×10-6Ω·cm，因此石墨烯具有优异的导电性。同时，石墨烯的比表面积(2630m2/g)很大，拉伸模量(1.01TPa)和极限强度(116GPa)与单壁纳米管相当。与昂贵的富勒烯和碳纳米管相比，石墨烯价格低廉，原料易得，有望在电子材料、复合材料、医药、航空航天等领域的最终应用。石墨烯自从2004年被发现以来，其主要的制备方法有：胶带剥离法(或微机械剥离法)、碳化硅(SiC)外延生长法、化学气相沉积(CVD)法和化学剥离法。其中，化学剥离法是目前应用最广泛的一种合成方法，因为基于微机械剥离法得到的石墨烯尺寸不易控制，只适合做基础研究；而通过外延生长法和化学气相沉积法都无法得到均匀的大面积石墨烯，同时低的制备效率和高制备成本也限制了这两种方法的应用。对于化学剥离法制备的石墨烯通常需要采用过滤或离心的分离方式得到石墨烯产品，近年来有报道发现石墨可以在特定溶液中直接剥离或溶解成为石墨烯，然后通过过滤及离心的方法将石墨烯从液体中分离出来，然而实验表明并不能完全的实现在提纯石墨烯的同时进行分级的目的。中国专利技术专利申请(申请公布号：CN103613095A，申请公布日日:2014-03-05)公开了一种提纯分级石墨烯的方法的专利，该专利技术的技术方案为：提供一种通过离心使不同大小的石墨烯发生层析，并利用偏硼酸盐结晶进行固化，同时去除石墨烯制备过程的杂质得到高纯度、分级石墨烯的方法。该方法对技术要求太高，最后很难得到纯度较高的石墨烯。中国专利技术专利申请(申请公布号：CN103613095A，申请公布日日:2014-03-05)公开了基于从高温裂解炭中分离纯化石墨烯的方法。包括将包含树脂及沥青或生物质中至少一种的高温炭化产物用粉碎机粉碎成粉末，然后加入溶剂，将混合溶液用高速分散机分散；将分散后的溶液在离心分离，去除沉淀，收集石墨稀悬浮液；将石墨稀悬浮液再次置于高速分散机中分散，然后再离心分离；取悬浮液过滤，滤液循环使用，滤上物干燥得到石墨烯产品，本专利技术设计的提纯石墨烯方法的回收率可达到30.0～80.0％。该方法和其它分离纯化方法相比具有工艺简单、适用范围广、成本低、绿色环保、操作条件易控、产物纯度高等优点。然而回收率并不够，并且纯度也不够。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种石墨烯的分离纯化方法，为实现上述目的，本专利技术公开了一种石墨烯的分离纯化方法，它包括取生物质炭或树脂改性沥青在1300～1350℃下隔绝氧气加热得到包含石墨烯的混合物，取所述混合物在溶剂中经液相分离得到1层至15层的石墨烯，具体步骤如下：1)取混合物研磨成目数不低于3000目的颗粒物，将所述颗粒物加入到溶剂中，再加入依地酸二钠，搅拌混合均匀得混合液；2)取所述混合液超声振荡20～180min，再进行离心分离，控制离心转速为1000～8000r/min，离心时间10～60min，收集石墨稀悬浮液；3)重复上述步骤2)至少1次，过滤处理，滤上物干燥后即得到石墨烯。进一步地，所述生物质炭选择秸秆、木材或稻壳中至少一种在300～500℃无氧条件下裂解生成的多孔固体物质。该多孔固体物质在后续迅速升温过程中形成具备较多褶皱和弯曲的石墨烯片层。进一步地，所述树脂改性沥青包括聚烯烃改性沥青。该聚烯烃改性沥青在后续迅速升温过程中可不断脱氢，并形成稳定的石墨烯片层。进一步地，该方法包括取生物质炭或树脂改性沥青迅速升温至1300～1350℃下隔绝氧气加热6～8h。进一步地，步骤1)中，所述颗粒物为3000～5000目。将粒度控制在一定范围内，有助于后续的分散。进一步地，步骤1)中，所述颗粒物与溶剂之间用量为8～14mg/mL。进一步地，步骤1)中，所述颗粒物与依地酸二钠之间质量比为(1～10):1。优选的，步骤1)中，所述颗粒物与依地酸二钠之间质量比为(1～5):1；此时可较好的发挥依地酸二钠作为助剂的作用。进一步地，所述溶剂包含N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙醇、氯磺酸、邻二氯苯、丙酮、异丙醇、氯仿、乙醇、苯乙烯、甲磺酸、苄胺、环己酮、八氟甲苯、五氟吡啶、六氟苯、五氟苯腈、1-丁基-3-甲基咪唑(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的任意一种；或者十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、牛黄脱氧胆酸钠、胆酸钠、普朗尼克P-123、十六烷基三甲基溴化铵中任意一种的水溶液。本专利技术的有益效果主要体现在如下几个方面：本专利技术设计的分离方法操作简单，且其回收率高达90％左右，分离出的石墨烯可应用于电容器领域。附图说明图1为本专利技术分离出石墨烯的拉曼光谱图。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，以下结合具体实施例进一步阐明本专利技术的主要内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例1本实施例公开了一种石墨烯的分离纯化方法，它包括如下步骤：(1)取秸秆在300℃无氧条件下裂解生成的多孔固体物质，取该多孔固体物质在1300℃无氧条件下加热6～8h，得到包含石墨烯、石墨的混合物，取混合物研磨成目数3000～4000目的颗粒物，将所述1g颗粒物加入到100mLN,N-二甲基甲酰胺中，再加入1g依地酸二钠，搅拌混合均匀得混合液；2)取所述混合液超声振荡20min，再进行离心分离，控制离心转速为1000r/min，离心时间10min，收集石墨稀悬浮液；3)重复上述步骤2)两次，过滤处理，滤上物干燥后即得到片层为1至15层的石墨烯。计算回收率为93.2％。实施例2本实施例公开了一种石墨烯的分离纯化方法，它包括如下步骤：(1)取松树树枝在500℃无氧条件下裂解生成的多孔固体物质，取该多孔固体物质在1300℃无氧条件下加热6～8h，得到包含石墨烯、石墨的混合物，取混合物研磨成目数4000目左右的颗粒物，将所述1g颗粒物加入到80mLN,N-二甲基甲酰胺中，再加入0.5g依地酸二钠，搅拌混合均匀得混合液；2)取所述混合液超声振荡180min，再进行离心分离，控制离心转速为8000r/min，离心时间60min，收集石墨稀悬浮液；3)重复上述步骤2)两次，过滤处理，滤上物干燥后即得到片层为1至15层的石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯的分离纯化方法，它包括取生物质炭或树脂改性沥青在1300～1350℃下隔绝氧气加热得到包含石墨烯的混合物，取所述混合物在溶剂中经液相分离得到1层至15层的石墨烯，具体步骤如下：/n1)取混合物研磨成目数不低于3000目的颗粒物，将所述颗粒物加入到溶剂中，再加入依地酸二钠，搅拌混合均匀得混合液；/n2)取所述混合液超声振荡20～180min，再进行离心分离，控制离心转速为1000～8000r/min，离心时间10～60min，收集石墨稀悬浮液；/n3)重复上述步骤2)至少1次，过滤处理，滤上物干燥后即得到石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯的分离纯化方法，它包括取生物质炭或树脂改性沥青在1300～1350℃下隔绝氧气加热得到包含石墨烯的混合物，取所述混合物在溶剂中经液相分离得到1层至15层的石墨烯，具体步骤如下：
1)取混合物研磨成目数不低于3000目的颗粒物，将所述颗粒物加入到溶剂中，再加入依地酸二钠，搅拌混合均匀得混合液；
2)取所述混合液超声振荡20～180min，再进行离心分离，控制离心转速为1000～8000r/min，离心时间10～60min，收集石墨稀悬浮液；
3)重复上述步骤2)至少1次，过滤处理，滤上物干燥后即得到石墨烯。


2.根据权利要求1所述石墨烯的分离纯化方法，其特征在于，所述生物质炭选择秸秆、木材或稻壳中至少一种在300～500℃无氧条件下裂解生成的多孔固体物质。


3.根据权利要求1所述石墨烯的分离纯化方法，其特征在于，所述树脂改性沥青包括聚烯烃改性沥青。


4.根据权利要求1或2或3所述石墨烯的分离纯化方法，其特征在于，该方法包括取生物质炭或树脂改性沥青迅...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雅，伍林，张军锋，刘盈，杨小于，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42