一种低成本炭质石墨烯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本炭质石墨烯片及其制备方法，以炭质材料(煤、焦炭、树脂炭、石墨、竹炭或活性炭)为原料，与添加剂混合后，经真空炭化、酸洗、球磨等工艺低成本制备石墨烯片。本发明专利技术制得的石墨烯片结构缺陷少、制备成本低、操作简单、绿色环保、易产业化，具有显著的经济和社会效益。

Low cost carbon graphene sheet and preparation method thereof

The invention discloses a low cost carbon graphite sheet and its preparation method, using carbon materials (coal, coke, carbon, graphite, charcoal resin or activated carbon) as raw material, mixed with additives, by vacuum carbonization, pickling, milling process of low cost preparation of graphene sheet. The graphene sheet produced by the invention has the advantages of few structural defects, low preparation cost, simple operation, green environment protection and easy industrialization, and has remarkable economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于碳素材料
，具体涉及。
技术介绍
2004年英国曼彻斯特大学的Geim等使用将胶带粘在一块石墨上然后再撕下来的简单方法，首次制备并观察到单层石墨烯。开启了石墨烯片的研究热潮。石墨烯片是一种只有单层或几层原子厚度的纯碳原子结构，其C-C键以SP2结合，形成一个密集的蜂窝状晶格结构。由于它具有的独特的二维碳纳米微观结构以及优异的物理属性，因而其在物理学、材料学以及凝聚态物理等领域引起了人们的广泛兴趣。目前以石墨烯片为基础的材料有着广泛的工业应用范围，如可用作锂离子电池电极材料、超级电容器、太阳能电池电极材料、储氢材料、传感器、光学材料、药物载体等。虽然石墨烯片的应用广泛，但它的许多应用亟需实现低成本、大规模、可重复地制备结构规整、厚度和尺寸可控的石墨烯片。目前制备石墨烯片的方法主要有微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化-还原法、溶剂剥离法、溶剂热法、高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等。然而，上述方法制备石墨烯片普遍存在制备成本高、工艺复杂、环境污染等问题，并且难以大量制备出石墨烯片，这极大阻碍石墨烯片的推广和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，制得的石墨烯片结构缺陷少、制备成本低、 操作简单、绿色环保、易产业化，具有显著的经济和社会效益。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 一种低成本炭质石墨烯片的制备方法包括原料的混合、真空炭化、酸洗、球磨； (O原料的混合 将炭质材料与添加剂按比例称取，充分球磨后备用； 所述的炭质材料为煤、焦炭、树脂炭、石墨、竹炭、活性炭中的一种；其中，煤为烟煤、动力煤、无烟煤、主焦精煤、肥精煤、焦精煤、电煤中的一种；焦炭为冶金焦、石油焦、浙青焦、针状焦中的一种；树脂炭为热塑性树脂炭、热固性树脂炭的一种；石墨为微晶石墨、土状石墨、鳞片石墨、人工合成石墨、可膨胀石墨、膨胀石墨、纳米石墨片中的一种； 所述的添加剂为锌粉、铝粉、镁粉、锡粉、钙粉、铜粉、氧化锌、氧化铝、氧化镁、氧化铜、氧化锡、氧化钙中的一种或两种的混合物； (2)真空炭化 将步骤(1)所得的混合物放入真空炉中升温至预定温度后保温，冷却至室温后取出； (3)酸洗 将步骤(2)所得的炭化产物置于盐酸中搅拌，经过滤分离后用去离子水充分洗涤至无Cl—检测出，然后放入烘箱中进行干燥； (4)球磨 将步骤(3)所得产物放入球磨机中进行球磨处理。各步骤的工艺参数如下: (1)混合工艺参数为: 炭质材料粒度:30~600目 添加剂粒度:30~600目 添加剂纯度:大于99 % 炭质材料与添加剂质量比为100:10~100:100 ； (2)真空炭化工艺参数为: 升温速率:2°C /min - 50°C /min 温度:1000。。- 2400 0C 保温时间:0.1 h - 10 h 真空度:1.0Χ10-2 Pa - 1.0XlO4 Pa ； (3)酸洗工艺参数为: 盐酸的pH值:1 -5 炭化产物与盐酸的质量比:1:1-1:5 搅拌时间:1 - 5h 搅拌速度:50 - 1000转/分 干燥温度:110 °C - 200 °C 干燥时间=Ih-1Oh ； (4)球磨工艺参数为: 球磨时间:0.5h - 30h 球磨转速:30 - 1000转/分。所制得的石墨烯片的收率大于40%，层数为I~10层、含碳量高于98%、比表面积为 50~400m2/g。与现有的技术相比，本专利技术所具有的优点和效果为:原料丰富，价格低廉；工艺设备简单，绿色环保、易于大规模生产；产品结构缺陷少，无需还原处理。【附图说明】图1为采用实施例1工艺制备的石墨烯片的扫描电镜图片。图2为采用实施例2工艺制备的石墨烯片的扫描电镜图片。图3为采用实施例3工艺制备的石墨烯片的扫描电镜图片。图4为采用实施例4工艺制备的石墨烯片的扫描电镜图片。图5为采用实施例5工艺制备的石墨烯片的扫描电镜图片。图6为采用实施例6工艺制备的石墨烯片的扫描电镜图片。【具体实施方式】以下是本专利技术的几个具体实施例，进一步说明本专利技术，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。实施例1 将无烟煤与氧化铝按100:50 (质量比)称取，研磨至600目后放入坩埚中，盖好盖子后移入真空炉中，抽真空至真空度达1.0 X IO2 Pa，然后以20°C /min升温至2000°C后保温2h，冷却至室温取出炭化产物。将真空炭化产物置于pH值为I的盐酸中(炭化产物与盐酸的质量比1:2)，搅拌Ih (搅拌速度500转/分)，经过滤分离后用去离子水充分洗涤至无Cl 一检测出，置于110°C烘箱中进行干燥5 h，然后放入球磨机中球磨IOh (球磨转速1000转/分)，即获得石墨烯片。所制备的石墨烯片具有如下性能:收率62.4%、层数2~6、含碳量98.5% > 比表面积 346m2/g。实施例2 将石油焦与锡粉按100:10 (质量比)称取，研磨至200目后放入坩埚中，盖好盖子后移入真空炉中，抽真空至真空度达1.0 X IO1 Pa，然后以10°C /min升温至2400°C后保温lh，冷却至室温取出炭化产物。将真空炭化产物置于pH值为3的盐酸中(炭化产物与盐酸的质量比1:3)，搅拌5h (搅拌速度100转/分)，经过滤分离后用去离子水充分洗涤至无Cl —检测出，置于150°C烘箱中进行干燥2 h，然后放入球磨机中球磨6h (球磨转速500转/分)，即获得石墨稀片。所制备的石墨稀片具有如下性能:收率40%、层数5~10、含碳量98.0%>比表面积128m2/g。实施例3 将鳞片石墨粉与镁粉按100:20 (质量比)称取，研磨至60目后放入坩埚中，盖好盖子后移入真空炉中，抽真空至真空度达1.0X KT1 Pa，然后以30°C /min升温至1800°C后保温5h，冷却至室温取出炭化产物。将真空炭化产物置于pH值为5的盐酸中(炭化产物与盐酸的质量比1:5)，搅拌4h (搅拌速度50转/分)，经过滤分离后用去离子水充分洗涤至无Cl 一检测出，置于200°C烘箱中进行干燥I h，然后放入球磨机中球磨4h (球磨转速700转/分)，即获得石墨烯片。所制备的石墨烯片具有如下性能:收率76.2%、层数5~10、含碳量99.0%、比表面积 205m2/g。实施例4 将竹炭粉与铝粉按100:50 (质量比)称取，研磨至200目后放入坩埚中，盖好盖子后移入真空炉中，抽真空至真空度达1.0X IO3 Pa，然后以50°C /min升温至1600°C后保温10h，冷却至室温取出炭化产物。将真空炭化产物置于pH值为I的盐酸中(炭化产物与盐酸的质量比1:1 )，搅拌2h(搅拌速度300转/分)，经过滤分离后用去离子水充分洗涤至无Cl —检测出，置于110°C烘箱中进行干燥10h，然后放入球磨机中球磨30h (球磨转速500转/分)，即获得石墨稀片。所制备的石墨稀片具有如下性能:收率54.7%、层数2~6、含碳量99.2%>比表面积181m2/g。实施例5 将热固性树脂炭粉与氧化钙粉按100:100 (质量比)称取，研磨至300目后放入坩埚中，盖好盖子后移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本炭质石墨烯片的制备方法，其特征在于：包括原料的混合、真空炭化、酸洗、球磨；（1）原料的混合将炭质材料与添加剂按比例称取，充分球磨后备用；所述的炭质材料为煤、焦炭、树脂炭、石墨、竹炭、活性炭中的一种；其中，煤为烟煤、动力煤、无烟煤、主焦精煤、肥精煤、焦精煤、电煤中的一种；焦炭为冶金焦、石油焦、沥青焦、针状焦中的一种；树脂炭为热塑性树脂炭、热固性树脂炭的一种；石墨为微晶石墨、土状石墨、鳞片石墨、人工合成石墨、可膨胀石墨、膨胀石墨、纳米石墨片中的一种；所述的添加剂为锌粉、铝粉、镁粉、锡粉、钙粉、铜粉、氧化锌、氧化铝、氧化镁、氧化铜、氧化锡、氧化钙中的一种或两种的混合物；（2）真空炭化将步骤（1）所得的混合物放入真空炉中升温至预定温度后保温，冷却至室温后取出；（3）酸洗将步骤（2）所得的炭化产物置于盐酸中搅拌，经过滤分离后用去离子水充分洗涤至无Cl?检测出，然后放入烘箱中进行干燥；（4）球磨将步骤（3）所得产物放入球磨机中进行球磨处理。

【技术特征摘要】
1.一种低成本炭质石墨烯片的制备方法，其特征在于:包括原料的混合、真空炭化、酸洗、球磨； (O原料的混合 将炭质材料与添加剂按比例称取，充分球磨后备用； 所述的炭质材料为煤、焦炭、树脂炭、石墨、竹炭、活性炭中的一种；其中，煤为烟煤、动力煤、无烟煤、主焦精煤、肥精煤、焦精煤、电煤中的一种；焦炭为冶金焦、石油焦、浙青焦、针状焦中的一种；树脂炭为热塑性树脂炭、热固性树脂炭的一种；石墨为微晶石墨、土状石墨、鳞片石墨、人工合成石墨、可膨胀石墨、膨胀石墨、纳米石墨片中的一种； 所述的添加剂为锌粉、铝粉、镁粉、锡粉、钙粉、铜粉、氧化锌、氧化铝、氧化镁、氧化铜、氧化锡、氧化钙中的一种或两种的混合物； (2)真空炭化 将步骤(1)所得的混合物放入真空炉中升温至预定温度后保温，冷却至室温后取出； (3)酸洗 将步骤(2)所得的炭化产物置于盐酸中搅拌，经过滤分离后用去离子水充分洗涤至无Cl—检测出，然后放入烘箱中进行干燥； (4)球磨 将步骤(3)所得产物放入球磨机中进行球磨处理。2.根据权利要求1所述的低成本炭质石墨烯片的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：林起浪，雷梅英，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：