[发明专利]一种同时制备氢氧化铝薄膜和高纯石墨烯的方法

说明书

一种同时制备氢氧化铝薄膜和高纯石墨烯的方法，包括如下步骤：（1）配置电解溶液A和电解溶液B；（2）用相应的电极材料和隔膜组装直流电解装置；（3）通直流电进行恒电压电解；（4）取出阴极电极获得氢氧化铝薄膜；（5）超声分散阳极产品；（6）静置分层获得阳极产品；（7）冷冻干燥阳极产品沉淀，获得产品高纯石墨烯。本发明提出的一种同时制备氢氧化铝薄膜和高纯石墨烯的方法，解决了在同一个装置内同时生产出氢氧化铝薄膜和高纯石墨烯的问题，提高生产过程的电能利用率，降低了生产成本，并且工艺简单、装置容易加工，适合于工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种同时制备氢氧化铝薄膜和高纯石墨烯的方法。

背景技术

氢氧化铝薄膜（Membrane of Aluminum hydroxide），含量为99%以上，化学分子式为Al（OH）₃，白色固体、结晶或无定形粉末，难溶于水，在950-1200℃温度下受热完全分解为氧化铝和水。氢氧化铝是典型的两性化合物，产品化学稳定性好，安全无毒，对环境无危害，不属于易燃、易爆产品。高纯氢氧化铝，可作为终端产品直接用于阻燃、电子、医药、食品等行业，其中需求量最大的是阻燃行业，也是生产高纯轻质氧化铝、高纯重质氧化铝、医药级氧化铝、电工级氧化铝、硅钢级氧化铝等高端氧化铝产品的首选高品质原料。然而，我国氢氧化铝薄膜几乎处于空缺状态，氢氧化铝薄膜获得了较广泛的应用，且呈现逐年递增的趋势。

高纯石墨烯（High Purity Graphene），广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。石墨烯的研究与应用开发持续升温，而且石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值，在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。研究者们致力于在不同领域尝试不同方法以求制备高质量、大面积石墨烯材料。然而，目前制备高纯石墨烯还处于初期阶段，一些石墨烯质量还不足以体现出石墨烯的多种“理想”性能。

基于上述问题，本发明提出一种同时制备氢氧化铝薄膜和高纯石墨烯的方法。该方法可以在同一个装置内同时生产出氢氧化铝薄膜和高纯石墨烯，并且工艺简单、装置容易加工，适合于工业化大规模生产。

发明内容

一种同时制备氢氧化铝薄膜和高纯石墨烯的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）配置铝盐溶液A和铝盐溶液B：用去离子水将铝盐A配置成浓度为1%~40%的铝盐A溶液，同样用去离子水将铝盐B配置成浓度为1%~50%的铝盐B溶液；

（2）组装直流电解装置：以石墨为阳极，待镀膜板为阴极；两个电极板分别通过导线与直流电源的正负极连接；在阴阳电极板之间设有隔膜或者通过盐桥连接，该隔膜将电解槽分隔为阳极室和阴极室；

（3）通直流电进行电解：将所配置的铝盐A溶液加入到阳极室中，将所配置的铝盐B溶液加入到阴极室中，接通直流电源，控制两极板之间的电流密度为0.1~2A/cm²进行恒电压电解；

（4）超声分散：将阳极获得的产品进行超声分散，超声功率为10~100kHz，分散时间为5~360min；阴极材料表面直接获得了覆盖了氢氧化铝薄膜的产品；

（5）静置分层：将超声分散后的阳极产品进行静置1~30min，通过真空抽滤获得上清液和沉淀A；

（6）干燥：将沉淀A通过冷冻干燥机通过程序升温从-40~150℃干燥30~360min，获得产品石墨烯。

所述的铝盐A选用硫酸铝、硝酸铝、氯酸铝或者两者的混合物。

所述的铝盐B选用氯化铝、硫酸铝、硝酸铝或者两者的混合物。

所述的石墨阳极选用石墨箔、石墨棒或可膨胀石墨。

所述的待镀膜板选用导电玻璃板、金属钛板或金属铜板。

所述的隔膜材质选用丙纶膜、阳离子交换膜或聚四氟乙烯膜。