一種用天然鱗片狀石墨制備大片徑氧化石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用天然鱗片狀石墨制備大片徑氧化石墨烯的方法，屬于新型碳納米材料、功能化石墨烯材料和復(fù)合材料的制備及應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]采用天然石墨原料制備氧化石墨稀，需要首先對(duì)天然石墨原料采用氧化處理法制備氧化石墨，然后對(duì)氧化石墨進(jìn)行剝離處理方能得到氧化石墨烯。
[0003]對(duì)天然石墨原料進(jìn)行氧化處理得到氧化石墨過(guò)程中，在原石墨結(jié)構(gòu)層上接入了羧基、羥基和環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)。所采用的氧化處理法通常為Hummers法等，即將石墨原料置于濃硫酸和硝酸鹽體系中，以KMnO4S氧化劑，在低溫冰浴條件下反應(yīng)2h、在中溫35?50°C條件下反應(yīng)0.5?2h，在高溫60?100°C條件下反應(yīng)0.5?2h，制得氧化石墨。而改進(jìn)Hummers法是在Hummers法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)產(chǎn)生的，不同的人其改進(jìn)方式不同。最早的改進(jìn)方式是去掉了反應(yīng)體系的硝酸鹽，后來(lái)又減少低溫反應(yīng)時(shí)間至0.5h，增加中溫反應(yīng)時(shí)間至2h等。改進(jìn)Hummers法具有反應(yīng)時(shí)間短、氧化程度高，且能得到較為完整的氧化石墨結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004]目前，采用改進(jìn)Hummers法來(lái)制備氧化石墨已有許多相關(guān)報(bào)道，如公告號(hào)為CN103407995A的中國(guó)專利申請(qǐng)“一種氧化石墨的制備方法”和公告號(hào)為CN104118867A的中國(guó)專利申請(qǐng)“一種氧化石墨的制備方法”等，但這些方法只針對(duì)小鱗片狀石墨進(jìn)行氧化處理。
[0005]由于采用小鱗片狀石墨制備氧化石墨只能得到小片徑的氧化石墨烯，而石墨烯過(guò)小的片徑會(huì)影響石墨烯的各種優(yōu)異性能，如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和片片疊合的規(guī)則性等，并且片徑過(guò)小還會(huì)促進(jìn)石墨烯片層之間的團(tuán)聚，嚴(yán)重影響到了石墨烯的下一步應(yīng)用。而片徑較大的石墨烯則可有效緩解上述各種缺陷，大片徑的石墨烯結(jié)構(gòu)完整性較好，使得石墨烯的導(dǎo)電性和單一結(jié)構(gòu)的比表面積得到顯著增強(qiáng)和增大。因此，要制備大片徑石墨烯，前提是需要制備大片徑的氧化石墨稀。
[0006]對(duì)氧化石墨進(jìn)行剝離處理即可得到氧化石墨烯，超聲分散法由于制備過(guò)程簡(jiǎn)單，安全無(wú)毒，是制備氧化石墨烯最為常用的一種方法。公告號(hào)為103408000A的中國(guó)專利申請(qǐng)“大片氧化石墨烯的制備方法”采用超聲輔助氧化剝離過(guò)程制備得到大片氧化石墨烯。但由于在超聲分散過(guò)程中，高能的超聲波會(huì)對(duì)氧化石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的破壞，導(dǎo)致其碳碳鍵發(fā)生斷裂，即便是大片徑的氧化石墨采用超聲剝離法也難以制備得到大片徑的氧化石墨烯，并且所制備的氧化石墨烯也會(huì)含有較多的結(jié)構(gòu)缺陷，從而因所制備的氧化石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷較多、片徑較小影響其質(zhì)量、性能和用途。
[0007]到目前為止，還沒(méi)有對(duì)大鱗片狀石墨進(jìn)行氧化和剝離分散處理成功制備大片氧化石墨烯的相關(guān)報(bào)道公開(kāi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中氧化石墨烯制備方法中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、用天然鱗片狀石墨制備大片徑氧化石墨烯的方法。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種用天然鱗片狀石墨制備大片徑氧化石墨烯的方法，包括步驟如下:
[0010]I)制備氧化石墨懸浮液；取天然鱗片狀石墨制備得到氧化石墨；再加入去離子水得到氧化石墨固體含量為0.5%?10%的氧化石墨懸浮液；
[0011]2)將步驟I)的氧化石墨懸浮液與去離子水按1: O?1: 500的體積比混合，剝離分散均勻后，得到大片徑氧化石墨烯分散母液；再采用重力除雜法將該大片徑氧化石墨烯分散母液中的雜質(zhì)除去，得到所述的大片徑氧化石墨烯。
[0012]上述步驟I)所用天然鱗片狀石墨的含碳量為95?99.9%、粒度為200?50目。
[0013]上述步驟2)中的剝離分散采用高速分散勻質(zhì)機(jī)，該高速分散勻質(zhì)機(jī)的攪拌時(shí)間為5?60min，轉(zhuǎn)速為3000?10000轉(zhuǎn)/分。
[0014]上述的重力除雜法可選用離心法、旋流法或沉降法中任一種。
[0015]上述的大片徑氧化石墨烯分散母液的濃度為0.2?20g.L'
[0016]用上述方法制備的大片徑氧化石墨烯，其片徑尺寸為I?100 μ m。
[0017]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果如下:1)采用高含碳量天然鱗片狀石墨為原料制備大片徑氧化石墨烯可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)；2)采用高速分散勻質(zhì)機(jī)剝離分散氧化石墨，避免了在剝離分散過(guò)程中，高能超聲波對(duì)氧化石墨烯晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞，如碳-碳鍵發(fā)生斷裂、片徑減小等，進(jìn)而可以制備得到大片徑的氧化石墨烯，3)得到大片徑氧化石墨烯分散母液經(jīng)重力法處理除雜后，可得到純度高的單層或多層氧化石墨烯；4)所制備的大片徑氧化石墨烯的片徑尺寸大，用途更廣?？蓮V泛應(yīng)用于制備大片徑石墨烯、石墨烯復(fù)合材料、改性石墨烯及其復(fù)合材料等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為實(shí)例I中氧化石墨烯分散液狀態(tài)的照片。
[0019]圖2為實(shí)例I中氧化石墨烯的原子力顯微分析圖像。
[0020]圖3為實(shí)例2中氧化石墨烯分散液狀態(tài)的照片。
[0021]圖4為實(shí)例2中氧化石墨烯的原子力顯微分析圖像。
[0022]圖5為實(shí)例3中氧化石墨烯分散液狀態(tài)的照片。
[0023]圖6為實(shí)例3中氧化石墨烯的原子力顯微分析圖像。
[0024]圖7為實(shí)例4中氧化石墨烯的原子力顯微分析圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明公開(kāi)了一種用天然鱗片狀石墨制備大片徑氧化石墨烯的方法，包括步驟如下:
[0026]I)制備氧化石墨懸浮液；取天然鱗片狀石墨制備得到氧化石墨；再加入去離子水得到氧化石墨固體含量為0.5%?10%的氧化石墨懸浮液；
[0027]2)將步驟I)的氧化石墨懸浮液與去離子水按體積比1: 50?1: 5000混合，采用高速分散勻質(zhì)機(jī)剝離分散均勻后，得到大片徑氧化石墨烯分散母液；然后采用重力除雜法將該大片徑氧化石墨分散母液中的雜質(zhì)除去，得到所述的大片徑氧化石墨烯。
[0028]上述步驟I)中的天然鱗片狀石墨原料的含碳量為95?99.9%、粒度為200?50目；
[0029]上述步驟2)中所用的高速分散勻質(zhì)機(jī)，采用由上海標(biāo)模廠生產(chǎn)，型號(hào)為FJ300_SH型的數(shù)顯恒速高速分散勾質(zhì)機(jī)；使用該高速分散勾質(zhì)機(jī)的攪拌時(shí)間為5?60min，轉(zhuǎn)速為3000?10000轉(zhuǎn)/分；得到的大片徑氧化石墨烯分散母液的濃度為0.2?20g.L'
[0030]所采用的重力除雜法可選用離心法、旋流法或沉降法中任一種。
[0031]最終制備成的大片徑氧化石墨烯的片徑尺寸為I?100 μ m。
[0032]下面通過(guò)具體實(shí)例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]實(shí)例I
[0034]用天然鱗片狀石墨制備大片徑氧化石墨烯的方法，包括步驟如下:
[0035]I)制備氧化石墨懸浮液；選取含碳量為99.5%，粒度為200目的天然鱗片狀石墨為原料，采用改進(jìn)的Hummers法制備得到氧化石墨，即按照鱗片石墨:濃硫酸=IKg: 25L的比例，將天然鱗片狀石墨緩慢加入到盛有濃硫酸的耐酸反應(yīng)器中，冰浴條件下充分?jǐn)嚢?0min;然后按照鱗片石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1: 3的條件，將氧化劑高錳酸鉀緩慢加入到