專利名稱：氧化石墨烯的高效分離提純方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于碳素材料領(lǐng)域，具體涉及一種氧化石墨烯的高效分離提純方法。
背景技術(shù)：
氧化石墨烯是一種新型碳素材料，是繼金剛石型、石墨型、富勒烯型和碳管型碳材料之后，碳材料領(lǐng)域的又一個(gè)重要新發(fā)現(xiàn)。關(guān)于氧化石墨烯的研究可以追溯到1855年，當(dāng)時(shí)主要集中在其結(jié)構(gòu)與合成方法方面。從十九世紀(jì)中期到二十世紀(jì)中期，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要集中研究氧化石墨烯的制備過(guò)程。較為常見(jiàn)的氧化石墨烯制備方法主要有4種=Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法以及電化學(xué)法等。最近30年以來(lái)，人們?cè)诶^續(xù)致力于確證氧化石墨烯結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也掀起了對(duì)氧化石墨烯應(yīng)用研究的熱潮，特別是氧化石墨烯及其復(fù)合材料的應(yīng)用研究越來(lái)越受到廣泛的重視。以氧化石墨烯作為母體所制備的各種復(fù)合材料顯示出了非常優(yōu)越的性能，成為研究者主要關(guān)注的無(wú)機(jī)材料之一。目前，在采用濕化學(xué)氧化法制備氧化石墨烯的研究中，通常采用透析、高速離心或沉降等技術(shù)分離氧化石墨烯產(chǎn)物。然而，透析技術(shù)存在著分離周期長(zhǎng)(數(shù)星期)的技術(shù)不足。而高速離心或沉降技術(shù)相對(duì)于透析技術(shù)而言，雖然分離周期較短(數(shù)小時(shí)以內(nèi))，但由于在分離過(guò)程中，舍棄了含有大量氧化石墨烯的上層清液，因此造成產(chǎn)物損失嚴(yán)重、分離提純產(chǎn)率偏低的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中以普通石墨粉為原料經(jīng)濕化學(xué)氧化法制得的氧化石墨烯難以分離提純的技術(shù)問(wèn)題，提供一種高效分離提純氧化石墨烯的方法。本發(fā)明的高效分離提純氧化石墨烯的方法包括如下步驟:①對(duì)以普通石墨粉為原料經(jīng)濕化學(xué)氧化法制得的含有氧化石墨和氧化石墨烯的懸浮液進(jìn)行過(guò)濾，得到氧化石墨烯分散液和氧化石墨泥狀物；②滴加堿性溶液至氧化石墨烯分散液中，使分散液的pH值至1.8^2.2，優(yōu)選pH值至2.0，使氧化石墨烯團(tuán)聚沉降，再經(jīng)過(guò)濾得到氧化石墨烯團(tuán)聚體，清洗、烘干得到氧化石墨烯固體。在本發(fā)明中，所述普通石墨粉為鱗片石墨粉、可膨脹石墨粉或微晶石墨粉；所述濕化學(xué)氧化法為施陶登邁爾(Staudenmaier)法、布羅迪(Brodie)法或哈姆斯(Hummers)法。在本發(fā)明中，步驟①和步驟②中采用普通濾紙如實(shí)驗(yàn)用的定性或定量濾紙進(jìn)行過(guò)濾，或者采用濾膜如微孔濾膜進(jìn)行過(guò)濾。在本發(fā)明中，所述堿性溶液可以為任意pH大于7的堿性溶液，優(yōu)選為0.5^5mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。步驟②中，氧化石墨烯團(tuán)聚體的烘干溫度可為4(T90°C，烘干時(shí)間可為6 12小時(shí)。較佳地是，對(duì)步驟①得到的氧化石墨泥狀物進(jìn)行清洗、烘干可進(jìn)一步得到氧化石墨固體產(chǎn)物。氧化石墨泥狀物的烘干溫度可為4(T90°C，烘干時(shí)間為6 12小時(shí)。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明針對(duì)日前采用濕化學(xué)氧化法制備氧化石墨烯過(guò)程中，產(chǎn)物分離困難的技術(shù)問(wèn)題，在制備氧化石墨烯的同時(shí)，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了高效分離純化。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、綠色環(huán)保、操作條件易控、產(chǎn)物純凈、產(chǎn)物損失率低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的分離提純方法過(guò)程中得到的氧化石墨烯分散液(左)和加堿性溶液后氧化石墨烯團(tuán)聚(右)的照片；以及圖2為本發(fā)明的分離提純方法得到的氧化石墨烯的XRD分析圖譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1以鱗片石墨粉為主要原料,采用Hummers法制備氧化石墨烯。取IOOmL反應(yīng)得到的氧化石墨和氧化石墨烯懸浮液，先加入200mL去離子水進(jìn)行稀釋，采用中速定量濾紙進(jìn)行過(guò)濾分離，得到暗黃色氧化石墨泥狀物和氧化石墨烯溶液。將得到的暗黃色氧化石墨泥狀物，用去離子水清洗，至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)SO廣，在90°C的烘箱中烘干6小時(shí)，即得到氧化石墨固體。取IOmL過(guò)濾得到的氧化石墨烯溶液，加入lmol/L氫氧化鈉溶液30mL，此時(shí)溶液呈酸性(pH值為2.2)，得到暗黃色的懸浮氧化石墨烯團(tuán)聚體。采用中速定量濾紙對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾分離，得到氧化石墨烯團(tuán)聚體，用去離子水清洗團(tuán)聚體至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)SO42'將得到的團(tuán)聚體在90°C的烘箱中烘干6小時(shí)，即得到氧化石墨烯固體。

結(jié)果表明，采用該技術(shù)分離提純氧化石墨烯產(chǎn)物，可將氧化石墨烯產(chǎn)物的損失率降低到0%，產(chǎn)物純度高達(dá)99.9%。如圖1中的照片，左側(cè)為氧化石墨烯分散液；右側(cè)為加堿性溶液后氧化石墨烯團(tuán)聚體。氧化石墨烯固體的XRD分析結(jié)果參見(jiàn)圖2，所述XRD分析為X射線衍射分析，采用德國(guó)Bruker公司的D8Advance型衍射儀。圖2可證明，利用本發(fā)明的方法可以得到純凈的氧化石墨烯。實(shí)施例2以可膨脹石墨粉為主要原料,采用Staudenmaier法制備氧化石墨烯。取IOOmL反應(yīng)得到的氧化石墨和氧化石墨烯懸浮液，先加入200mL去離子水進(jìn)行稀釋，采用中速定量濾紙進(jìn)行過(guò)濾分離，得到暗黃色氧化石墨泥狀物和氧化石墨烯溶液。將得到的暗黃色氧化石墨泥狀物，用去離子水清洗，至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)S042_，在40°C的烘箱中烘干12小時(shí)，即得到氧化石墨固體。取IOmL過(guò)濾得到的氧化石墨烯溶液，加入lmol/L氫氧化鉀溶液30mL，此時(shí)溶液呈酸性(pH值為2.0)，得到暗黃色的懸浮氧化石墨烯團(tuán)聚體。采用中速定量濾紙對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾分離，得到氧化石墨烯團(tuán)聚體，用去離子水清洗團(tuán)聚體至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)SO42'后將得到的團(tuán)聚體在40°C的烘箱中烘干12小時(shí)，即得到氧化石墨烯固體。結(jié)果表明，采用該技術(shù)分離提純氧化石墨烯產(chǎn)物，可將氧化石墨烯產(chǎn)物的損失率降低到0%，產(chǎn)物純度高達(dá)99.9%。實(shí)施例3
以微晶石墨粉為主要原料，采用Brodie法制備氧化石墨烯。取IOOmL反應(yīng)得到的氧化石墨和氧化石墨烯懸浮液，先加入200mL去離子水進(jìn)行稀釋，采用中速定量濾紙進(jìn)行過(guò)濾分離，得到暗黃色氧化石墨泥狀物和氧化石墨烯溶液。將得到的暗黃色氧化石墨泥狀物，用去離子水清洗，至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)S042—，在90°C的烘箱中烘干6小時(shí)，即得到氧化石墨固體。取IOmL過(guò)濾得到的氧化石墨烯溶液，加入5mol/L氫氧化鉀溶液6mL，此時(shí)溶液呈酸性(pH值為1.8)，得到暗黃色的懸浮氧化石墨烯團(tuán)聚體。采用中速定量濾紙對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾分離，得到氧化石墨烯團(tuán)聚體，用去離子水清洗團(tuán)聚體至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)SO42'后將得到的團(tuán)聚體在90°C的烘箱中烘干6小時(shí)，即得到氧化石墨烯固體。結(jié)果表明，采用該技術(shù)分離提純氧化石墨烯產(chǎn)物，可將氧化石墨烯產(chǎn)物的損失率降低到0%，產(chǎn)物純度高達(dá)99.9%。實(shí)施例4以微晶石墨粉為主要原料,采用Hummers法制備氧化石墨烯。取IOOmL反應(yīng)得到的氧化石墨和氧化石墨烯懸浮液，先加入200mL去離子水進(jìn)行稀釋，采用中速定量濾紙進(jìn)行過(guò)濾分離，得到暗黃色氧化石墨泥狀物和氧化石墨烯溶液。將得到的暗黃色氧化石墨泥狀物，用去離子水清洗，至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)S042_，在90°C的烘箱中烘干6小時(shí)，即得到氧化石墨固體。取IOmL過(guò)濾得到的氧化石墨烯溶液，加入0.5mol/L氫氧化鉀溶液60mL，此時(shí)溶液呈酸性(pH值為2.2)，得到暗黃色的懸浮氧化石墨烯團(tuán)聚體。采用中速定量濾紙對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾分離，得到氧化石墨烯團(tuán)聚體，用去離子水清洗團(tuán)聚體至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)SO42'后將得到的團(tuán)聚體在90°C的烘箱中烘干6小時(shí)，即得到氧化石墨烯固體。結(jié)果表明 ，采用該技術(shù)分離提純氧化石墨烯產(chǎn)物，可將氧化石墨烯產(chǎn)物的損失率降低到0%，產(chǎn)物純度高達(dá)99.9%。實(shí)施例5以可膨脹石墨粉為主要原料,采用Hmnmers法制備氧化石墨烯。取IOOmL反應(yīng)得到的氧化石墨和氧化石墨烯懸浮液，先加入200mL去離子水進(jìn)行稀釋，采用中速定量濾紙進(jìn)行過(guò)濾分離，得到暗黃色氧化石墨泥狀物和氧化石墨烯溶液。將得到的暗黃色氧化石墨泥狀物，用去離子水清洗，至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)S042_，在40°C的烘箱中烘干12小時(shí)，即得到氧化石墨固體。取IOmL過(guò)濾得到的氧化石墨烯溶液，加入0.5mol/L氫氧化鈉溶液60mL，此時(shí)溶液呈酸性(pH值為2.2)，得到暗黃色的懸浮氧化石墨烯團(tuán)聚體。采用中速定量濾紙對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾分離，得到氧化石墨烯團(tuán)聚體，用去離子水清洗團(tuán)聚體至濾液用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)SO42'后將得到的團(tuán)聚體在40°C的烘箱中烘干12小時(shí)，即得到氧化石墨烯固體。結(jié)果表明，采用該技術(shù)分離提純氧化石墨烯產(chǎn)物，可將氧化石墨烯產(chǎn)物的損失率降低到0%，產(chǎn)物純度高達(dá)99.9%。
權(quán)利要求
1.一種氧化石墨烯的高效分離提純方法，其包括如下步驟: ①對(duì)以普通石墨粉為原料經(jīng)濕化學(xué)氧化法制得的含有氧化石墨和氧化石墨烯的懸浮液進(jìn)行過(guò)濾，得到氧化石墨烯分散液和氧化石墨泥狀物； ②滴加堿性溶液至氧化石墨烯分散液中，使分散液的PH值至1.8^2.2，使氧化石墨烯團(tuán)聚沉降，再經(jīng)過(guò)濾得到氧化石墨烯團(tuán)聚體，清洗、烘干得到氧化石墨烯固體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟②中滴加堿性溶液至氧化石墨烯分散液中，使分散液的PH值至2.0。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述普通石墨粉為鱗片石墨粉、可膨脹石墨粉或微晶石墨粉；所述濕化學(xué)氧化法為施陶登邁爾法、布羅迪法或哈姆斯法。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟①和步驟②中采用普通濾紙或?yàn)V膜進(jìn)行過(guò)濾。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:步驟①和步驟②中所述的普通濾紙為定性或定量濾紙；所述濾膜為微孔濾膜。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述堿性溶液為0.5飛mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟②中，氧化石墨烯團(tuán)聚體的烘干溫度為4(T90°C，烘干時(shí)間為6 12小時(shí)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:對(duì)步驟①得到的氧化石墨泥狀物進(jìn)行清洗、烘干得到氧化石墨固體。
9.如權(quán)利要求8所述 的方法，其特征在于:步驟①中，氧化石墨泥狀物的烘干溫度為4(T90°C，烘干時(shí)間為6 12小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化石墨烯的高效分離提純方法，其包括如下步驟①對(duì)以普通石墨粉為原料經(jīng)濕化學(xué)氧化法制得的含有氧化石墨和氧化石墨烯的懸浮液進(jìn)行過(guò)濾，得到氧化石墨烯分散液和氧化石墨泥狀物；②滴加堿性溶液至氧化石墨烯分散液中，使分散液的pH值至1.8~2.2，使氧化石墨烯團(tuán)聚沉降，再經(jīng)過(guò)濾得到氧化石墨烯團(tuán)聚體，清洗、烘干得到氧化石墨烯固體。本發(fā)明的方法利用堿性溶液為輔助劑，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單工藝即可高效分離提純氧化石墨烯。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、綠色環(huán)保、操作條件易控、產(chǎn)物純凈、產(chǎn)物損失率低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/04GK103172056SQ201310046959
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者胡學(xué)兵, 于云, 周健兒, 宋力昕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所