[发明专利]一种绿色制备石墨烯的方法

说明书

本发明提供一种绿色制备石墨烯方法，所述方法中包括以下处理氧化石墨烯制备过程中产生的废液的方法：先将中和剂加入所述废液中；当pH升至5～8时，加入沉淀剂；其中，所述中和剂以含氮的碱性化合物为主；所述沉淀剂以含草酸根(C₂O₄^2‑)的化合物为主。本发明提供的方法是针对制备氧化石墨烯阶段中产生大量含H⁺和重金属Mn²⁺的废液不可直接排放和不易处理的问题，提出利用氨气中和废液中的H⁺，再利用草酸沉淀废液中Mn²⁺的综合利用技术方案，实现了废液的合标排放，并且废液处理产物硫酸铵、硫酸钾可作为工业原材料或农业复合肥料的制备；产物草酸锰可作为制备锰酸锂电池正极的原材料，创造了经济价值。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备技术领域，具体涉及一整套石墨烯的绿色制备工艺。

背景技术

目前，石墨烯的制备方法主要包括氧化石墨还原法、微机械剥离法、化学气相沉积法等。其中，微机械剥离法制备的石墨烯以多层石墨烯或几十层以上类石墨烯为主，单层及寡层石墨烯的产率非常低，分离成本高，且制得的石墨烯表面没有可修饰的官能团。化学气相沉积法制备的石墨烯主要为单层及寡层石墨烯，石墨烯表面没有可修饰的官能团，且工艺复杂、成本高、不易大规模生产。氧化石墨还原法与微机械剥离法相比，单层及寡层石墨烯的产率高，制得的石墨烯表面含丰富的可修饰官能团；与化学气相沉积法相比，制备过程简单，成本低廉，能够大规模生产。但是，氧化石墨还原法制备石墨烯过程中产生大量含氢离子(H⁺)，硫酸根离子(SO₄^2-)、钾离子(K⁺)、锰离子(Mn²⁺)等的废液，不易处理和直接排放，制约该方法的绿色可持续发展。

现有氧化石墨还原法制备石墨烯主要分为两个阶段，一是氧化石墨烯制备阶段：一般以鳞片石墨为原料，以高锰酸钾为氧化剂，浓硫酸为插层剂，将石墨氧化插层为氧化石墨，再经过清洗，去掉氢离子(H⁺)，硫酸根离子(SO₄^2-)、钾离子(K⁺)、锰离子(Mn²⁺)等杂质，分散干燥即可得到氧化石墨烯；二是石墨烯制备阶段：对氧化石墨烯进行化学还原(硼氢化钠、抗坏血酸等)或者进行热还原(高温煅烧)得到石墨烯。在上述制备氧化石墨烯阶段中产生了大量包含氢离子(H⁺)，硫酸根离子(SO₄^2-)、钾离子(K⁺)、锰离子(Mn²⁺)等的废液，特别是H⁺和重金属Mn²⁺不可直接排放也不易处理。专利文献CN104192850B中公开了利用蛇纹石处理所述废液的方法，但是该方法存在天然蛇纹石杂质多且价格贵不适合后期产品回收和利用的缺陷。

因此，迫切需要开发出一整套绿色制备石墨烯的工艺，从而实现废液的达标排放，并且有效利用废液处理产物。

发明内容