[发明专利]一种利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法

说明书

本发明公开了一种利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法。以气相生长纳米碳纤维为原料，采用活化法将原料进行造孔，造孔后所得纳米碳纤维进行高温石墨化处理，形成具有石墨SP²杂化结构的纤维；石墨化处理后所得纤维进行粉碎处理，粉碎后所得物料中加入分散剂，通过机械研磨在溶剂中进行研磨处理；研磨后所得产品进行干燥处理，干燥后得到产品石墨烯粉体。本发明方法制备过程简单，制备过程中无需采用任何强酸、强碱，不会给环境带来污染，有利于环保；并且适合大批量化生产。

一、技术领域：

本发明涉及一种石墨烯的制备方法，特别是涉及一种利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法。

二、背景技术：

纳米碳纤维属于一种石墨烯沿着一定螺旋角旋绕而成的无缝中空的管体，石墨烯是由一层或多层的石墨碳原子层组成，具有非常优异的物理特性，在作为锂离子电池导电剂、防腐涂料、导热材料等具有非常广泛的应用前景。

目前，制备石墨烯的方法主要有氧化还原法、化学气相沉积法和物理液相剥离法。其中，采用氧化还原法制备石墨烯的过程中需要消耗大量的酸，对环境会造成严重污染；采用化学气相沉积法制备的石墨烯产量低；物理液相剥离法制备的石墨烯层数有限。因而，根据现有石墨烯制备方法中存在的诸多技术问题，研发一种能够克服上述问题新的石墨烯制备方法，是十分必要的。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：针对现有石墨烯制备方法中存在的诸多技术问题，本发明提供一种简易制备石墨烯的方法，即一种利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法。本发明方法制备过程简单，制备过程中无需采用任何强酸、强碱，不会给环境带来污染，有利于环保；并且适合大批量化生产。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法，所述制备方法包括以下步骤：

a、以气相生长纳米碳纤维为原料，采用活化法将原料气相生长纳米碳纤维进行造孔，造孔后所得纳米碳纤维材料的比表面积为20～2500m²/g；

b、将步骤a造孔后所得纳米碳纤维在Ar气保护下进行高温石墨化处理，石墨化处理的温度为2000～3200℃(纳米碳纤维经高温石墨化处理，使其碳原子进行重排，形成具有石墨SP²杂化结构的纤维)；

c、将步骤b石墨化处理后所得粉体进行粉碎处理，粉碎后所得物料的粒度控制为D50小于10μm、D90小于30μm和Dmax小于40μm；

d、将步骤c粉碎后所得物料中加入分散剂，所述分散剂的加入量占粉碎后所得物料总重量的5～50％，通过机械研磨在溶剂中进行研磨处理；

e、将步骤d研磨后所得产品进行干燥处理(干燥温度为100～200℃)，干燥后得到产品石墨烯粉体，石墨烯的水分控制在＜0.5％。

根据上述的利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法，步骤a中所述气相生长纳米碳纤维的直径为50～200nm，所述气相生长纳米碳纤维是采用化学气相沉积法制备而成。

根据上述的利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法，步骤a中所述活化法为气体活化法或化学活化法。

根据上述的利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法，所述活化法造孔过程中采用的活化剂为CO₂、O₂、CO、H₂O、KOH、H₃PO₄、ZnCl₂、ZnO、CaCO₃、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和聚乙烯吡咯烷酮PVP中的任一种。

根据上述的利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法，步骤c中所述粉碎处理过程中采用机械粉碎或气流粉碎。

根据上述的利用纳米碳纤维制备石墨烯的方法，步骤d中分散剂为阴离子分散剂、阳离子分散剂或非离子分散剂。