[发明专利]一种石墨烯粘态剥离式生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯生产技术领域，具体涉及一种石墨烯物理剥离式生产方法。

背景技术

石墨烯是一种具有良好柔性、电性能的二维材料。需要补充的是，严格意义上说，石墨烯是一种单层的片状；不过由于单层石墨烯的制备难度，一般也把具有相近性能的寡层石墨烯也归类于石墨烯的范畴内。

目前，石墨烯制备的方法主要有：化学生长法和物理剥离法。相比于效率低、不适合于工业化批量生产的化学生长法，物理剥离法主要是采用低廉的石墨为原料，通过对石墨晶体施加机械力使石墨层间发生剥离，打破石墨层间的范德华力，形成单片石墨烯或寡层石墨烯，这种物理剥离方法更具有工业化前景和适合规模化生产。

在石墨烯剥离方法中，需要加入一些助剂以增加石墨的层间间距或是所谓的插层，从而使石墨更好地剥离。如采用硝酸、高锰酸钾、三氧化铬或过氧化氢作为氧化剂，浓硫酸作为插层剂，在石墨层间或边缘引入羟基、环氧基团和羧基等含氧基团，增大了石墨层间距，利于后续石墨层间剥离。但是这种化学物质插层工艺耗酸量大，生产过程中有SOx、NOx等有害气体或重金属离子的污染，产品中有硫残留，最终得到的石墨烯易产生缺陷，并且在应用中对设备有腐蚀，降低了设备的使用寿命，增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种石墨烯粘态剥离式生产方法，该方法可以有效地剥离石墨，且对石墨烯的结构破坏小。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：一种石墨烯粘态剥离式生产方法，该方法包括以下步骤：

S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液按照1：2～5的重量比注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：

水100份、

醇类溶剂30～100份、

聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物50～80份、

水溶性盐0.5～5份；

其中，各组份以其重量份数计。

S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃~80℃，压力为1～3atm，搅拌轴转速为1000~2000rpm/min，反应时间3~6h；

S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品；

S4.将步骤S3得到的储料罐内的石墨烯悬浮液输送至离心机内，离心机转速为1000～6000rpm/min，离心时间10min～2h，取上层清液，在真空过滤装置中真空过滤得到滤饼；

S5.将步骤S4得到的滤饼以适量的蒸馏水洗涤，滤饼在冷冻干燥装置内冷冻干燥3h以上，即得到石墨烯产品。

优选的技术方案是，在步骤S1中，所述醇类溶剂为乙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇和松油醇中的一种或多种。

优选的技术方案是，在步骤S1中，所述聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物的数均分子量大于100000。

优选的技术方案是，在步骤S1中，所述水溶性盐为氟化锂、氟化钠、氯化钠、氯化锂中的一种。

现有技术相比，本发明石墨烯粘态剥离式生产方法通过采用特殊的粘态剥离液用于石墨烯的剥离，该剥离液中添加具有胶水粘性的聚丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物，使用该剥离液配合研磨或搅拌，可降低对研磨或搅拌速度的要求，无需对石墨片层超高速剪切即可实现对石墨烯的剥离；另外，体系中添加的水溶性盐可以提高体系的导电性，避免剥离的石墨烯因为静电重新叠合在一起，保持剥离后的分散状态。该生产方法在剥离石墨烯的同时，不腐蚀设备，不损伤石墨烯结构。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明是一种石墨烯粘态剥离式生产方法，该方法包括以下步骤：

S1.将纯度在98%以上，粒径为30~500μm石墨鳞片和剥离液注入带有搅拌器的釜体内，启动釜体的电机进行搅拌，使物料混合均匀，其中剥离液的组成为：水100重量份数、乙醇30重量份数、聚丙烯酸酯50重量份数、氟化锂0.5重量份数。其中，聚丙烯酸酯的数均分子量大于100000。石墨鳞片和剥离液的重量比为1：2。

S2.加热釜体，保持釜体内温度为50℃，压力为1atm，搅拌轴转速为1000~2000rpm/min，反应时间3h。

S3.停止反应后通过出料口将上层悬浮液排出至储料罐内，静置24h以上得到初产品。