氧化石墨烯及回收酸制备氧化石墨烯的方法技术

本发明专利技术提供氧化石墨烯及回收酸制备氧化石墨烯的方法，包括：获得制备氧化石墨烯产生的废酸滤液；废酸滤液经过蒸发浓缩和降温除盐得到回收酸；采用回收酸代替浓硫酸制备氧化石墨烯。本发明专利技术采用纯回收酸循环利用制备氧化石墨烯，本发明专利技术将制备得到的氧化石墨烯浆料经抽滤所得滤液经蒸发浓缩和降温除盐得到的回收酸，作为插层剂和溶剂循环利用再制备氧化石墨烯，降低化学试剂废水的排放和降低生产成本。降低化学试剂废水的排放和降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯及回收酸制备氧化石墨烯的方法


[0001]本专利技术涉及氧化石墨烯及回收酸制备氧化石墨烯的方法，属于氧化石墨烯生产


技术介绍

[0002]目前，工业上大规模制备氧化石墨烯所用的方法通常是采用改进的Hummer
’
s法，该方法通常分为3个阶段，低温反应阶段，将高锰酸钾加入到石墨/浓硫酸体系中，使其充分混合进行插层反应，其中浓硫酸作为溶剂和插层剂，提供反应的场所，高锰酸钾作为氧化剂；中温反应阶段，高锰酸钾在石墨的层间发生氧化反应，扩大石墨的层间距，方便后续的剥离；高温反应阶段，加入纯水，利用稀释浓硫酸时放出的热量使得片层剥离，同时释放出层间的金属离子，最后将反应得到的物料进行抽滤、纯化。在实际生产中物料抽滤产生的稀废酸的处理成本较高且对环境不友好。因此，对生产过程中产生的稀废酸进行回收利用问题亟需解决，且具有较高的经济效益和环境效益。
[0003]传统的利用改进的Hummer
’
s法制备氧化石墨烯会产生大量的稀废酸，处理成本较高，影响经济和环境效益。
[0004]现有技术存在采用回收酸和新酸按一定比例混合使用，如CN108840330B专利技术名称为“一种废酸资源循环制备氧化石墨烯的方法”，但是该专利技术没有给出具体的比例，因为每次回收的酸浓度不同，所以回收酸和新酸的比例也会变化，且该专利技术中使用的酸为混酸。采用的回收酸和新酸按一定比例混合使用，从实际来看，产生的废硫酸会不断累积，循环一段时间后仍需排放废硫酸如果按回收酸和新酸混合使用的话，每次生产都会向循环体系内引入一定量的新酸，随着循环的进行，体系内的硫酸不断增加，最终会超出储存极限。
[0005]结合国家政策保护环境降低化学试剂废水的排放和降低生产成本的需求，我们需要一种能够将生产产生的稀废酸循环利用的方法。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，本专利技术提供一种回收酸制备氧化石墨烯的方法，包括：
[0007]获得制备氧化石墨烯产生的废酸滤液；
[0008]废酸滤液经过蒸发浓缩和降温除盐得到回收酸；
[0009]采用回收酸代替浓硫酸制备氧化石墨烯。
[0010]根据本专利技术的一个方面，所述获得制备氧化石墨烯产生的废酸滤液的步骤包括：
[0011]将氧化石墨烯浆料经过抽滤获得的滤液为所述废酸滤液。
[0012]根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯浆料的制备方法包括：
[0013]采用Hummer
’
s法制备氧化石墨烯浆料，优选地，采用改进的Hummer
’
s法制备氧化石墨烯浆料。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯浆料的制备方法包括：
[0015]将石墨、浓硫酸和高锰酸钾按1:(10～100):(2～10)的质量比加入到反应釜中，
在
‑
5℃～20℃下进行插层反应；浓硫酸比例过低会使得反应过程体系粘度变大，影响反应均匀性，且存在局部过热导致的安全风险；高锰酸钾的比例直接影响氧化程度，高锰酸钾过少，氧化石墨烯的氧化程度过低，高猛酸钾过多，造成高猛酸钾浪费；进行插层反应大于上述温度范围，在插层之前进行氧化反应，在石墨片层边缘氧化反应，减少进入石墨片层之间的氧化反应，使得石墨氧化不均匀，降低氧化效果；
[0016]升温至30～40℃，保温1～24h；保温时间小于上述范围会使氧化效果变差，升温过高，保温时间过长，使得含氧基团脱落，破坏氧化石墨烯片层结构，降低氧化程度；
[0017]加水升温至70～90℃，保温1～100min,加双氧水猝灭，加水温度过低(低于上述升温范围)，氧化石墨剥离不彻底，导致成品中的黑颗粒过多，氧化程度偏低；加水温度过高(高于上述升温范围)，剥离开的氧化石墨片层会再次聚合，同样会导致成品中的黑颗粒过多，氧化程度偏低。
[0018]根据本专利技术的一个方面，所述采用回收酸代替浓硫酸制备氧化石墨烯步骤中产生废酸滤液，重复回收酸和氧化石墨烯的制备步骤，循环利用回收酸制备氧化石墨烯。
[0019]根据本专利技术的一个方面，还包括纯化氧化石墨烯的步骤。
[0020]根据本专利技术的一个方面，所述纯化氧化石墨烯的步骤包括：
[0021]将氧化石墨烯浆料经过抽滤获得氧化石墨烯滤饼；
[0022]将氧化石墨烯滤饼分散在稀盐酸进行洗涤，优选地，滤饼和稀盐酸的比例为1:5～30；优选地，所述稀盐酸浓度为0.1～5％；优选地，洗涤温度为25～80℃；优选地，洗涤1～6遍。洗涤温度过低在多次洗涤过程中会发生溶胀现象，样品报废；洗涤温度过高会导致成品中黑颗粒过多，氧化程度偏低。洗涤温度小于上述范围会出现溶胀现象难以洗涤，温度高于上述范围会使氧化石墨烯上的含氧官能团脱落，且会损坏设备，最优洗涤温度在60
‑
75℃，在这温度范围内不影响氧化程度，同时洗涤后成品的金属离子含量也最少。
[0023]根据本专利技术的一个方面，所述废酸滤液经过蒸发浓缩和降温除盐得到回收酸的步骤包括：
[0024]将废酸滤液进行减压蒸馏，优选地，蒸馏温度为25～60℃，蒸馏时间为1～24h；
[0025]将蒸馏后的浓硫酸降温析出其中的金属盐，优选地，温度为
‑
30～10℃，得到浓度为80～97％的回收酸。
[0026]根据本专利技术的另一个方面，提供一种回收酸制备氧化石墨烯的方法，包括：
[0027]制备氧化石墨烯浆料；
[0028]纯化氧化石墨烯，得到废酸滤液；
[0029]废酸滤液经过蒸发浓缩和降温除盐得到回收酸，优选地，回收酸的浓度为80～97％；
[0030]采用回收酸制备氧化石墨烯，获得氧化石墨烯浆料，重复纯化氧化石墨烯和回收酸的制备，循环利用回收酸制备氧化石墨烯。
[0031]根据本专利技术第三专利技术提供一种氧化石墨烯，利用上述回收酸制备氧化石墨烯的方法制备，所述氧化石墨烯的碳含量小于50，优选地，所述氧化石墨烯分散液的粘度不高于3000。
[0032]本专利技术采用纯回收酸循环利用制备氧化石墨烯，本专利技术将制备得到的氧化石墨烯浆料经抽滤所得滤液经蒸发浓缩和降温除盐得到的回收酸，作为插层剂和溶剂循环利用再
制备氧化石墨烯，降低化学试剂废水的排放和降低生产成本。
[0033]本专利技术采用回收酸制备氧化石墨烯，相对于高浓度的新酸制备氧化石墨烯，回收酸中的少量的金属离子起到了预插层的作用，有利于氧化剂在层间的扩散，使氧化反应更充分，同时回收酸的浓度比常规使用的浓硫酸低，其中的水分会抑制氧化反应过程中可能伴随的副反应(酯化反应)，从而间接提高氧化程度。
[0034]本专利技术采用单一浓硫酸且采用纯回收酸来制备氧化石墨烯，成本更低，大致可以节省20％的浓硫酸成本和全部的废硫酸排放成本，且全过程不会排放废硫酸；使用纯回收酸每次生产不会向循环体系内引入新酸，使用的回收酸都是上一次生产产生的废酸浓缩利用的，整个体系内的硫酸是不断循环的，没有增加，在生产的过程中循环利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回收酸制备氧化石墨烯的方法，其特征在于，包括：获得制备氧化石墨烯产生的废酸滤液；废酸滤液经过蒸发浓缩和降温除盐得到回收酸；采用回收酸代替浓硫酸制备氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得制备氧化石墨烯产生的废酸滤液的步骤包括：将氧化石墨烯浆料经过抽滤获得的滤液为所述废酸滤液。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯浆料的制备方法包括：采用Hummer
’
s法制备氧化石墨烯浆料，优选地，采用改进的Hummer
’
s法制备氧化石墨烯浆料。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯浆料的制备方法包括：将石墨、浓硫酸和高锰酸钾按1:(10～100):(2～10)的质量比加入到反应釜中，在
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5℃～20℃下进行插层反应；升温至30～40℃，保温1～24h；加水升温至70～90℃，保温1～100min,加双氧水猝灭。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用回收酸代替浓硫酸制备氧化石墨烯步骤中产生废酸滤液，重复回收酸和氧化石墨烯的制备步骤，循环利用回收酸制备氧化石墨烯。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得制备氧化石墨烯产生的废酸滤液的步骤之后还包括纯化氧化石墨烯的步骤。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，殷松森，吴艳红，纪磊，唐润理，瞿研，
申请(专利权)人：常州第六元素材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：