一種石墨插層化合物的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨插層化合物的制造方法，該方法采用去離子水作為插層劑，對鱗片石墨進行插層；鱗片石墨的顆粒度為100?200微米。用該方法所得到的石墨插層化合物中，石墨層間距可達到0.62nm?1.13nm，有利于后續(xù)石墨稀的剝離。
【專利說明】
一種石墨插層化合物的制造方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種石墨插層化合物的制造方法，屬新型碳材料制造技術領域。
【背景技術】
[0002]石墨烯是只有一層碳原子厚的新型碳材料，具有廣泛的應用前景。制造石墨烯的原料是鱗片石墨，石墨是由單層的石墨烯堆疊而成，層間距約為0.335nm，層與層之間由于范德華力的作用而呈疊層狀態(tài)。制造石墨烯時常用化學插層氧化法，即用硫酸、硝酸、高氯酸等強酸與高錳酸鉀、硝酸鈉、雙氧水、高氯酸鉀等強氧化劑混合作為插層劑，氧化劑，制備成氧化石墨后，再經高溫剝離，超聲剝離，得單層或寡層氧化石墨烯。氧化石墨烯經硼氫化鈉，水合肼類強還原劑處理得石墨烯。
[0003]用強酸和強氧化劑插層石墨時，由于石墨層間距只有0.335mm。石墨本身又具疏水性，強酸進入石墨層間的擴散速度很長，擴散很慢，其反應時間需數十小時到3-4天不等。由于硫酸等強酸的表面脹力及石墨層間雜離子的干擾，插層劑不能插入到石墨層中心，當熱剝離或超聲剝離時，由于插層劑沒有完全將全部石墨層間距撬開，層間的范德華力還很強，所以剝離困難，剝離效率極低。有些實驗中剝離效果只能達到幾個毫克/升。用這種方法實現(xiàn)石墨烯的工業(yè)化生產幾乎是不可能的。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種石墨插層化合物的制造方法，該方法可用水做插層劑做石墨插層化合物，具體是采用去離子水作為插層劑，對鱗片石墨進行插層;鱗片石墨的顆粒度為100-200微米。
[0005]進一步，采用去離子水對鱗片石墨進行插層時，鱗片石墨浸泡在去離子水中，浸泡時間與浸泡溫度的關系為:H= 17.5-0.1785T，上述H為浸泡時間；T為浸泡溫度，T取值范圍為15-99°C;達到浸泡時間后，過濾并離心脫水，將得到的鱗片石墨烘干，制得以水為插層劑的石墨插層化合物。采用上述公式計算得到的浸泡時間為最短時間，為取得更好的效果，可適當延長浸泡時間。上述溫度T的取值范圍優(yōu)選為78-99°C;進一步優(yōu)選為95-99°C。
[0006]上述鱗片石墨優(yōu)選在80-200°C下進行烘干，以使鱗片石墨中的水分能夠控制在一定范圍內，以利于在用硫酸、高錳酸鉀等插層劑、氧化劑制備石墨稀時，硫酸和高錳酸鉀等插層劑、氧化劑能夠順利地進入到鱗片石墨的片層中。
[0007]進一步，鱗片石墨的含碳量彡99質量％。
[0008]水是最環(huán)保、最廉價的插層劑，當鱗片石墨進入水中后，在一定溫度條件下可插入石墨層間；由于石墨烯的導熱性很好，當水分子插入石墨層間后，在一定溫度下反應可破壞石墨層間的范德華力，擴大石墨層的間距。
[0009]水插層后石墨層間距可擴大到0.62nm-l.13nm。層間距越大范德華結合力越小，越容易剝離石墨烯。
[0010]采用本發(fā)明對鱗片石墨進行處理后，由于水分子的存在，當繼續(xù)用硫酸、高錳酸鉀等插層劑、氧化劑制備石墨稀時，硫酸和尚猛酸鐘更易插入到石墨層間，極大的加快了插層的反應時間。水插層后，石墨層間距擴大2-3倍，插層阻力減小更有利于硫酸等插層劑、氧化劑快速插入層間，縮短后續(xù)酸插層氧化時間10-20倍，僅0.5-1.0h即可。水插層后，為石墨烯制造的后續(xù)工序提供了良好的通道，可極大的縮短插層反應時間，提高化學剝離、高溫剝離、超聲剝離石墨烯的效率3-10倍，使石墨烯剝離濃度由幾十毫克/升提高到幾百毫克-幾千毫克/升。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
[0012]取含碳量彡99質量％、顆粒度為150-200微米的石墨300kg，加去離子水700kg，置水泥池中，在15°C下浸泡15.1-16天;然后過濾并離心脫水，在180-200 V下干燥除去多余水分，重量法檢測出石墨層間的含水率，達到后續(xù)工藝要求后即為水插層石墨。在本實施例中，可將石墨層間距擴大到0.62_0.70nmo
[0013]以本實施例所制作的水插層石墨為原料，用硫酸和高錳酸鉀為插層劑進行石墨稀的制作，僅需要I小時即可進行石墨粉濾出，進行石墨稀的剝離，石墨稀溶液中的濃度可達至IJ300-400毫克/升。
[0014]實施例2
[0015]取含碳量彡99質量％、顆粒度為100-200微米的石墨300kg，加去離子水700kg，置水泥池中，在25°C下浸泡13-15天;然后過濾并離心脫水，在80-85°C下干燥除去多余水分，重量法檢測出石墨層間的含水率，達到后續(xù)工藝要求后即為水插層石墨。在本實施例中，可將石墨層間距擴大到0.65_0.85nm。
[0016]以本實施例所制作的水插層石墨為原料，用硫酸和高錳酸鉀為插層劑進行石墨稀的制作，僅需要0.7小時即可進行石墨粉濾出，進行石墨稀的剝離，石墨稀溶液中的濃度可達到900-1100毫克/升。
[0017]實施例3
[0018]取含碳量彡99質量％、顆粒度為100-200微米的石墨150kg，加去離子水850kg，置搪瓷反應釜中，加熱浸煮，當水溫達到95°C-99°C時，恒溫反應2-6小時后，冷卻、過濾、離心脫水，80°C_85°C烘干除去多余水分，本實施例可將石墨層間距擴大到0.82-1.13nm。
[0019]以本實施例所制作的水插層石墨為原料，用硫酸和高錳酸鉀為插層劑進行石墨稀的制作，僅需要0.5小時即可進行石墨粉濾出，進行石墨稀的剝離，石墨稀溶液中的濃度可達到1500-2000毫克/升。
【主權項】
1.一種石墨插層化合物的制造方法，其特征在于，采用去離子水作為插層劑，對鱗片石墨進行插層;鱗片石墨的顆粒度為100-200微米。2.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，采用去離子水對鱗片石墨進行插層時，鱗片石墨浸泡在去離子水中，浸泡時間與浸泡溫度的關系為: Η=17.75-0.1785Τ， 上述H為浸泡時間;T為浸泡溫度，T取值范圍為15-99°C ； 達到浸泡時間后，過濾并離心脫水，將得到的鱗片石墨烘干，制得以水為插層劑的石墨插層化合物。3.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于，T取值范圍為78-990C。4.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于，T取值范圍為95-990C。5.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于，鱗片石墨在80-2000C下進行烘干。6.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，鱗片石墨的含碳量多99質量％。
【文檔編號】C01B31/04GK106082182SQ201610393192
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610393192.6, CN 106082182 A, CN 106082182A, CN 201610393192, CN-A-106082182, CN106082182 A, CN106082182A, CN201610393192, CN201610393192.6
【發(fā)明人】仲偉德, 吳海, 吳杰
【申請人】南通偉德動力電池研究所（普通合伙）