一种梯度加热制备石墨烯的方法技术

一种梯度加热制备石墨烯的方法，包括将生物质进行加热炭化得到石墨烯的过程，其特征在于：所述加热炭化采用梯度加热，所述梯度加热包含至少七级梯度，所述梯度加热过程中的最高温度不超过1600℃。本申请采用至少七级梯度，使得生物质能够逐步失去除碳以外的其他元素，不会发生骤变，从而提高生物质得到的石墨烯微观层面的完整性，且不会发生团聚的现象；中间过程采用升温之后又降温的方式，能够使得中间焙烧得到的产品在经历高温再经历低温，由于层间差异，从而利用卷曲度不同而使得不同层间发生分离，获得较少层数的石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度加热制备石墨烯的方法
本申请属于一种梯度加热制备石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯指的是由碳原子构成的单层片状结构的材料，许多层石墨烯抵接通过范德华力结合即形成石墨。现有的石墨烯的合成方法包括机械剥离法、外延生长法、化学气相沉淀法、氧化还原石墨法、碳纳米管切割法、石墨插层法、离子注入法、高温高压HPHT生长法、爆炸法以及有机合成法等。在CN104016341A公开了一种多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤：在催化剂的作用下，将生物质碳源进行催化处理，得到第一中间产物，所述催化剂包括锰的氯化盐、铁类化合物、钴类化合物和镍类化合物中的一种或几种；在保护性气体的条件下，将所述第一中间产物从第一温度升温至第二温度后保温，得到第二中间产物；将所述第二中间产物从第二温度升温至第三温度后保温，得到第三中间产物；将所述第三中间产物从第三温度升温至第四温度后保温，得到第四中间产物；将所述第四中间产物从第四温度降温至第五温度后保温，得到多孔石墨烯。本专利技术提供的方法制备得到的多孔石墨烯具有较好的导电性能。该申请的关注点在于导电性能的提升，但是在该申请中，对于其他性能没有做任何研究，似乎该申请得到的产品只能应用到导电层面，这大大限制了石墨烯本身其他方面的优异性能的应用，且从其多孔描述可知，其得到的石墨烯中的层数较高。CN106044740A公开了一种纳米多孔碳材料及其制备方法，由间苯二酚、甲醛和碳酸钠溶液制成；其中所述间苯二酚与甲醛的摩尔比为1：2，所述间苯二酚与碳酸钠的摩尔比为50～500，溶质的质量分数为15％～50％，所述碳酸钠溶液为0.04mol/L～0.06mol/L。本专利技术提供的纳米多孔碳材料，采用间苯二酚和甲醛为反应物，碳酸钠为催化剂，采用间苯二酚与碳酸钠的合适摩尔比，利用含水乙醇较大的表面张力来促使材料可控收缩，改变了原有的防止气凝胶在制备过程中塌缩的技术，促使RF有机凝胶在常压干燥过程中塌缩，让大孔转变成介孔，提高介孔含量，提高材料宏观密度，降低电阻率；同时采用CO2活化技术制造微孔。在碳化过程中采用温度梯度式的升温方式，保证在对应温度段内相应的基团分解完全。在该申请中可以看出，梯度加热的主要目的在于控制基团分解顺序，从而制备团状而非片状物质，因此其得到的是多孔碳材料而非平面状的石墨烯。申请内容为了解决上述问题，本申请提出了一种梯度加热制备石墨烯的方法，包括将生物质进行加热炭化得到石墨烯的过程，所述加热炭化采用梯度加热，所述梯度加热包含至少七级梯度，所述梯度加热过程中的最高温度不超过1600℃。现有的工艺基本都是采用五级或者五级以下的梯度加热方式，在采用七级加热的情况下，有两种加热途径可以采用，一种是逐级递增的加热，此种方式下是为了提高对于加热分解过程的控制，从而更有利于层数较少的石墨烯的形成，而非石墨颗粒状物质的形成。优选的，将生物质进行预处理得到预处理生物质，然后对预处理生物质进行加热炭化；所述预处理包括混合盐溶液对生物质进行浸泡处理的过程；混合盐溶液包括钠盐、钙盐、镁盐、钾盐、钡盐中的一种或者几种以上任意比例的混合。本申请发现，采用上述可溶盐类达到的效果，要优于采用具有催化作用的其他金属盐类。优选的，所述混合盐溶液中至少包括钠盐。在有钠盐存在的情况下，采用七级及以上的加热方式，使得钠盐有逐步渗入然后离析的过程，使得对于最终得到的石墨烯的分层效果更好。优选的，所述梯度加热包括如下步骤：将得到的预处理生物质进行加热至第一温度，保持第一时间后，再加热至第二温度，保持第二时间后，再加热至第三温度，保持第三时间后，再加热至第四温度，保持第四时间后，再加热至第五温度，保持第五时间后，再加热至第六温度，保持第六时间后，再加热至第七温度，保持第七时间后即完成梯度加热的工作；相邻温度梯度之间相差50-300℃，各温度梯度停留的时间为0.5-2h。各温度梯度之间保持适当的温度差，能够使得生物质能够逐步失去除碳以外的其他元素，不会发生骤变，从而提高生物质得到的石墨烯微观层面的完整性，且不会发生团聚的现象。优选的，所述第一温度为200-400℃，第二温度为500-600℃，第三温度为800-900℃，第四温度为1050-1100℃，第五温度为1200-1300℃，第六温度为1350-1400℃，第七温度为1500-1600℃。采用七级阶梯升温方式以获得优化的效果，提高了石墨烯的微观形态从而改善了其的性能。优选的，所述第一温度为200-400℃，第二温度为600-700℃，第三温度为900-1000℃，第四温度为600-700℃，第五温度为900-1000℃，第六温度为1200-1300℃，第七温度为1500-1600℃。优选的，所述第一温度为300℃，第二温度为650℃，第三温度为950℃，第四温度为650℃，第五温度为950℃，第六温度为1250℃，第七温度为1550℃。采用中间升温之后又降温的方式，能够使得中间焙烧得到的产品在经历高温再经历低温，由于层间差异，从而利用卷曲度不同而使得不同层间发生分离，获得较少层数的石墨烯。优选的，所述第一温度为600-700℃，第二温度为900-1000℃，第三温度为600-700℃，第四温度为900-1000℃，第五温度为1200-1300℃，第六温度为900-1000℃，第七温度为1200-1300℃。优选的，所述第一温度为650℃，第二温度为950℃，第三温度为650℃，第四温度为950℃，第五温度为1250℃，第六温度为950℃，第七温度为1250℃。采用中间升温后降温，后期也是升温后降温再升温的方式，虽然也能优化石墨烯的层数，但是该种方式在第七温度不低于1300℃时，只是中间升降温设置并没有特别大的优势，推测在1300℃左右，石墨烯结构已然形成完整结构，此时对于温度进行变化，并不能实现优化石墨烯层数的目的。优选的，所述梯度加热过程中，所述生物质置于镍坩埚内。本申请能够带来如下有益效果：1、采用至少七级梯度，使得生物质能够逐步失去除碳以外的其他元素，不会发生骤变，从而提高生物质得到的石墨烯微观层面的完整性，且不会发生团聚的现象；2、中间过程采用升温之后又降温的方式，能够使得中间焙烧得到的产品在经历高温再经历低温，由于层间差异，从而利用卷曲度不同而使得不同层间发生分离，获得较少层数的石墨烯；3、采用中间升温后降温，后期也是升温后降温再升温的方式，虽然也能优化石墨烯的层数，但是该种方式较于只是中间升降温设置并没有特别大的优势，推测在1300℃左右，石墨烯结构已然形成完整结构，此时对于温度进行变化，并不能实现优化石墨烯层数的目的，因此采用中间升降温的方式更有利于优化石墨烯层数。具体实施方式实施例1：S1、混合盐溶液浸渍生物质：取氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钡的一种或者几种，混合盐溶液的浓度为第一浓度，混合盐溶液与生物质的质量比为6-12：1，然后进行搅拌，搅拌时间不少于3h，分离出生物质后再进行烘干得到预处理生物质；S2、将预处理生物质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度加热制备石墨烯的方法，包括将生物质进行加热炭化得到石墨烯的过程，其特征在于：所述加热炭化采用梯度加热，所述梯度加热包含至少七级梯度，所述梯度加热过程中的最高温度不超过1600℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种梯度加热制备石墨烯的方法，包括将生物质进行加热炭化得到石墨烯的过程，其特征在于：所述加热炭化采用梯度加热，所述梯度加热包含至少七级梯度，所述梯度加热过程中的最高温度不超过1600℃。


2.根据权利要求1所述的一种梯度加热制备石墨烯的方法，其特征在于，将生物质进行预处理得到预处理生物质，然后对预处理生物质进行加热炭化；所述预处理包括混合盐溶液对生物质进行浸泡处理的过程；混合盐溶液包括钠盐、钙盐、镁盐、钾盐、钡盐中的一种或者几种以上任意比例的混合。


3.根据权利要求2所述的一种梯度加热制备石墨烯的方法，其特征在于：所述混合盐中至少包括钠盐。


4.根据权利要求2所述的一种梯度加热制备石墨烯的方法，其特征在于：所述梯度加热包括如下步骤：将得到的预处理生物质进行加热至第一温度，保持第一时间后，再加热至第二温度，保持第二时间后，再加热至第三温度，保持第三时间后，再加热至第四温度，保持第四时间后，再加热至第五温度，保持第五时间后，再加热至第六温度，保持第六时间后，再加热至第七温度，保持第七时间后即完成梯度加热的工作；相邻温度梯度之间相差50-300℃，各温度梯度停留的时间为0.5-2h。


5.根据权利要求4所述的一种梯度加热制备石墨烯的方法，其特征在于：所述第一温度为200-400℃，第二温度为500-600℃，第三温度为800-900℃，第四温度为1050-1100℃，第五温度为1200-...

【专利技术属性】
技术研发人员：周爱兰，阎金龙，郝怀强，肖林，张宪宝，
申请(专利权)人：山东龙力生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37