[发明专利]一种利用城市固体废弃物制备新型石墨烯的方法

说明书

本发明公开一种利用城市固体废弃物制备新型石墨烯的方法，包括以下步骤：样品准备，将城市固体废物进行粉碎处理，收集得到粒径小于150微米的城市固体废弃物样品；样品热解，对城市固体废物样品进行热解，得到城市固体废物焦炭；氧化石墨制备，以城市固体废物焦炭为原料，采用改进Hummers法制得氧化石墨；石墨烯制备，采用溶剂热法还原氧化石墨，过滤出固体，洗涤、干燥、研磨得到石墨烯。本发明使用含有多种非有机成分的城市固体废弃物作为石墨烯的生产原料，在慢速热解的条件下，这些成分会停留在其原始结构中，在成功剥离石墨烯后，这些矿物元素会附着在石墨烯的碳结构中，能够制得附着金属元素的多用途石墨烯，开创了石墨烯工艺的先例。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备技术领域，具体涉及一种利用城市固体废弃物制备新型石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯因其优异的电学性能、机械性能、光学性能而成为了材料学的新宠，在其问世以来较短的时间内，基础理论得到了长足发展，制备技术得到了迅速突破，因而陆续在能源、环境、电子等领域表现出了较好的应用前景。石墨作为市面上最常用的制造石墨烯的原料，被广泛的应用于不同种类的制造工艺当中。但是现有的石墨烯制备工艺的制备条件严苛，工艺过程很难控制，生产得到的石墨烯片层大多性质不佳，很难进行大规模的生产和制造。尽管研究人员对不同原料和工艺制造石墨烯进行了尝试，其制造过程所需要的有害化学品，严苛的反应条件以及不可回收的材料的损耗仍然制约了石墨烯材料的大规模生产和制造。与此同时，石墨烯材料的合成不仅需要化学品和反应条件的配合，更需要大量原料进行量化生产。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种利用城市固体废弃物制备新型石墨烯的方法，包括以下步骤：

样品准备，将城市固体废物进行粉碎处理，收集得到粒径小于150微米的城市固体废弃物样品；

样品热解，对城市固体废物样品进行热解，得到城市固体废物焦炭；

氧化石墨制备，以城市固体废物焦炭为原料，采用改进Hummers法制得氧化石墨；

石墨烯制备，采用溶剂热法还原氧化石墨，过滤出固体，洗涤、干燥、研磨得到石墨烯。

较佳的，所述城市固体废物分为塑料橡胶类、木质纤维素类、织物类和厨余类。

较佳的，所述城市固体废物在单模微波反应器中进行热解。

较佳的，样品热解在氮气、二氧化碳、蒸汽、氩气或氦气条件下进行。

较佳的，氧化石墨制备的具体步骤包括：

将2-3g过硫酸钾、2-3g五氧化二磷溶于15-30ml浓硫酸中，升温至80℃，加入2-3g城市固体废物焦炭，保温5h后过滤、洗涤、干燥制得预氧化石墨；

将2-3g预氧化石墨加入到45-50ml浓硫酸中，冰浴搅拌30min后缓慢加入 6-8g高锰酸钾，保持溶液温度低于20℃，搅拌30min；

溶液升温至35℃，搅拌30min；

将溶液置于冰浴中，在剧烈搅拌下缓慢加入92-100ml蒸馏水；

溶液升温至98℃，保持15min，加水稀释至280ml，再加入10ml30％双氧水；

用5％盐酸和蒸馏水过滤、洗涤、干燥，制得氧化石墨。

较佳的，石墨烯制备的具体步骤包括：

将40-50g氧化石墨在40-50ml乙二醇中超声分散2h，形成氧化石墨分散液；

加入氨水搅拌，将氧化石墨分散液转移至反应器内，在180℃反应5min；