[发明专利]一种蛇纹石处理石墨烯废硫酸液的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种生产石墨烯的废酸液处理技术，特别是一种蛇纹石处理石墨烯废硫酸液的方法及其产物的综合利用。

背景技术

石墨烯是一种完全由SP²杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，具有优异的电学、光学、热学和力学等性能，是一种应用前景巨大功能材料。但是，高质量石墨烯低成本、大规模制备仍面临困境，制约了该材料的发展和应用。基于Hummer的氧化还原法制备的石墨烯虽不尽完美，但它是目前唯一可实现工厂化生产的方法。Hummer法通常需大量强氧化性酸如浓硫酸、浓硝酸、重铬酸以及高锰酸钾、硝酸钠等，反应过程中，石墨烯只吸收了上述物质中少部分的氧、氢元素，大部分元素被保留下来，以H⁺，SO_４^２＋、K⁺、Mn²⁺等形式存在于水溶液中，产生大量废液。因此，迫切需要开发一种可实现石墨烯生产过程中废酸液的可循环、高附加值利用，解决氧化还原法生产石墨烯工艺过程中的废酸液环保处理的方法。石墨烯属近年兴起的新型功能材料，且鉴于氧化还原法生产石墨烯过程中的低浓废酸液及其复杂的化学组成，现有专利文献未有报道其处理方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对氧化还原法生产石墨烯过程中产生的化学组成复杂的低浓废酸液难于处理的问题，提出了蛇纹石处理石墨烯废硫酸液的方法及其产物综合利用的技术方案，实现了石墨烯生产过程中废酸液的可循环、高附加值利用，解决了氧化还原法生产石墨烯工艺过程中的废酸液环保处理难题。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种蛇纹石处理石墨烯废硫酸液的方法及其产物的综合利用的技术方案，以蛇纹石为石墨烯废酸液处理剂，组合运用如下工艺：石墨烯废硫酸液浸泡蛇纹石、溶解过滤分离、蒸发浓缩结晶、调节PH值分步沉淀、高温煅烧、尾气吸收等，石墨烯废硫酸液中硫酸成分转变为浓硫酸、硫酸盐，石墨烯废硫酸液和蛇纹石中金属元素转变为金属硫酸盐、金属氧化物，蛇纹石中硅元素转变成多孔二氧化硅，上述产物可广泛用于目前熟知的各种行业。

本发明中，所用蛇纹石需加工成粉体，细度2~2000目，优选20~500目。

本发明中，所述石墨烯废硫酸液为氧化还原法生产石墨烯过程中产生的，含有H_-⁺、SO₄^2-、NO₃^-、Mn²⁺、K⁺、Cl^-等离子中的四种离子或四种以上的离子，其中硫酸质量百分比为1~60%。。

本发明中，所用石墨烯废硫酸液浸泡蛇纹石工艺为：石墨烯废硫酸液（以H₂SO₄计）与蛇纹石质量比为0.1~10，浸泡温度为-50~60℃，浸泡时间为2~8640h；优选方案是：石墨烯废硫酸液（以H₂SO₄计）与蛇纹石质量比为0.5~5，浸泡温度为0~40℃，浸泡时间为24~720h。

本发明中，石墨烯废硫酸液浸泡蛇纹石工艺完成后，蛇纹石中可溶性金属被浸出，剩余不溶固态物主成分为多孔二氧化硅，浸出液含有H_-⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、SO₄^2-、NO₃^-、Mn²⁺、K⁺、Cl^-等离子中的六种离子或六种以上的离子。

本发明中，浸泡工艺完成后，使用化工行业所熟知的溶解过滤分离手段，过滤分离多孔二氧化硅之前或之后，溶解碱或碱性氧化物于浸泡液中，使浸泡液PH值不小于1。其中，碱优选KOH，碱性氧化物优选MgO，浸泡液PH值优选2~7。

本发明中，使用化工行业所熟知的蒸发浓缩结晶手段，蒸发浓缩结晶浸泡液得到Mg、K、Mn、Fe等的硫酸盐或硝酸盐或卤化物的浓缩液以及固态混合物。其中，蒸发浓缩结晶工艺优选自然蒸发浓缩结晶。