專利名稱：同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米碳材料和苯六甲酸的制備與分離方法，尤其涉及一種利用電化學(xué)氧 化方法制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒ā?
背景技術(shù)：
納米碳材料制備和應(yīng)用是目前世界上納米材料研究的熱門課題。但納米粒子小、表面積 大、表面能高，具有強(qiáng)烈的吸附性，存在很強(qiáng)的自聚作用，容易形成較大尺寸的團(tuán)聚體；同 時(shí)其表面的極性官能團(tuán)、非極性官能團(tuán)含量很低，與其它物質(zhì)的親和力小，所以很難穩(wěn)定分 散在各種極性和非極性溶劑中，這限制了其廣泛應(yīng)用。
目前納米碳材料科學(xué)研究中存在的幾個(gè)技術(shù)難題是第一，顆粒尺寸均一、穩(wěn)定的納米 碳顆粒很難制備。第二，由于納米顆粒尺寸非常小，非常容易團(tuán)聚，難以制備穩(wěn)定而高度分 散的碳溶液。第三，石墨片具有奇特的物理與化學(xué)性質(zhì)，但通常合成石墨片的成本比較高，一 般只能采用物理方法。其次，苯六甲酸是一種主要的化學(xué)工業(yè)原料，它的合成和分離方法比 較少，特別是分離方法比較難。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補(bǔ)上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬?制備方法，本方法可以同時(shí)制備出穩(wěn)定的不含任何表面活性劑的納米碳溶液、單分散的納米 氧化石墨顆粒、石墨片以及苯六甲酸，以解決以上技術(shù)難題。
一種同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?，包括以下步驟
① 以石墨板作為陰極，石墨板或金屬板作為陽極，陰極與陽極間距為1 5cm，將電極放 在盛有去離子水的容器中；
② 在陰極與陽極之間，控制恒定電流密度0.02 200mA/o^或控制恒定電壓1 100V, 在15 5(TC條件下通電1 15天后，得到含有納米碳的混合溶液；
③ 將上述混合溶液在1000 10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心沉降、分離除去大顆粒的碳材料 后得到納米碳溶液，向所述納米碳溶液中加入電解質(zhì)，使納米碳沉降，得到不同尺寸的納米 氧化石墨顆?；蚴腆w和含有苯六甲酸的黃色溶液；④利用乙醇反復(fù)萃取所述黃色溶液中的電解質(zhì)物質(zhì)，將萃取后得到的溶液濃縮，在50 8(TC下蒸干，得到苯六甲酸固體。
本發(fā)明同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?，其中所述電解質(zhì)可以 采用氯化鈉、氯化鉀、碳酸鈉、氯化銨、碳酸氫鈉或碳酸氫銨。其加入量為每1000ml的納米 碳溶液中加入0.1g 5g電解質(zhì)。
本發(fā)明同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?，其中所述的陽極金屬 板可以采用不銹鋼、銅、鋁、鎳或鈦板。陽極的作用主要作為對(duì)電極，在陽極上主要發(fā)生氫 的析出。陽極材料的選擇對(duì)制備產(chǎn)物沒有影響。
本發(fā)明同時(shí)制備納米氧化石墨顆粒或石墨片以及苯六甲酸的方法，其中所述步驟②中控 制恒定電流密度較好為20 mA/cm2，在25'C條件下通電15天。
本發(fā)明同時(shí)制備納米氧化石墨顆粒或石墨片以及苯六甲酸的方法，其中所述步驟②中控 制恒定電壓較好為3 5V，在25'C 50'C條件下通電7天?；蛘邽榭刂坪愣妷?0V，在20
'C條件下通電7天?；蛘邽榭刂坪愣妷?00V，在50'C條件下通電1天。
本發(fā)明同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?，具有以下優(yōu)點(diǎn)即突出 性效果(1)該方法采用一步電化學(xué)氧化方法，可以直接得到水系納米碳溶液。(2)合成了 尺寸可控、在水相或有機(jī)相中分散穩(wěn)定的納米氧化石墨。納米氧化石墨顆粒的大小3 200nm; 石墨片的大小50nm 300nm。 (3)合成的納米氧化石墨表面含有羧基、羥基等官能團(tuán)，所以 制備的單分散納米碳解決了以往納米材料的難分散的問題。(4)目前苯六甲酸的合成和分離 方法比較少，特別是分離方法比較難；在制備單分散的納米氧化石墨顆?；蚴耐瑫r(shí)， 制備了苯六甲酸，并且進(jìn)行了分離。(5)該方法制備工藝簡單，成本低，沒有環(huán)境污染；實(shí) 驗(yàn)操作條件容易控制，得到的產(chǎn)物全部是價(jià)值比較高的物質(zhì)。


圖1為本發(fā)明方法制備過程中形成的納米氧化石墨顆粒的高分辨透射電鏡照片； 圖2為本發(fā)明方法制備的納米氧化石墨顆粒的高分辨透射電鏡照片； 圖3為本發(fā)明方法制備過程中形成的石墨片的高分辨透射電鏡照片；
圖4為本發(fā)明方法制備產(chǎn)物的XRD分析數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施例方式
為進(jìn)一步說明本發(fā)明，結(jié)合以下實(shí)施例具體闡述-
實(shí)施例1:
將兩塊石墨板(長10 cmX寬10cmX厚lcm)作為陽極與陰極，陰陽極間的距離為5cm，放在去離子水中，采用恒流電源在陰極與陽極之間控制恒定電流密度為0.02mA/cm2,在室溫 下(25'C)通電處理15天。得到棕黑色溶液。將制得的溶液，在10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心沉 降、分離除去大顆粒的碳材料后得到納米碳溶液。向1000ml的納米碳溶液中加入lg氯化鈉， 黑色的物質(zhì)沉降，溶液為黃色。黑色的物質(zhì)過濾后，得到納米碳顆粒，這些材料的透射電鏡 ,照片見圖1和圖2。把得到的黃色溶液中的電解質(zhì)用乙醇反復(fù)萃取，再將萃取后的溶液濃縮、 蒸干后得到苯六甲酸固體。
萃取過程中間產(chǎn)物的XRD分析結(jié)果參見圖4，所述XRD分析為X射線衍射分析，采用 日本理學(xué)Rigaku公司的Automated D/Max B型衍射儀，分析此圖可以證明，利用本方法 可以得到石墨顆粒、石墨片和苯六甲酸。
實(shí)施例2:
將兩塊石墨板(長10cmX寬10cmX厚lcm)作為陽極與陰極，陰陽極間的距離為lcm, 放在去離子水中，采用恒流電源在陰極與陽極之間控制恒定電流密度為2mA/cm2，在室溫下 (15t)通電處理15天。得到棕黑色溶液。將制得的溶液，在10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心沉降、 分離除去大顆粒的碳材料后得到納米碳溶液。向1000ml的納米碳溶液中加入0.5g氯化鉀， 黑色的物質(zhì)沉降，溶液為黃色。黑色的物質(zhì)過濾后，得到納米碳顆粒，這些材料的透射電鏡 照片見圖1和圖2。把得到的黃色溶液中的電解質(zhì)用乙醇反復(fù)萃取，再將萃取后的溶液濃縮、 蒸干后得到苯六甲酸固體。
實(shí)施例3:
將兩塊石墨板(長10cmX寬10cmX厚lcm)作為陽極與陰極，陰陽極間的距離為lcm， 放在去離子水中，采用恒流電源在陰極與陽極之間控制恒定電流密度為20mA/cm2，在室溫下 (25'C)通電處理15天。得到棕黑色溶液。將制得的溶液，在10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心沉降、 分離除去大顆粒的碳材料后得到納米碳溶液。向1000ml的納米碳溶液中加入2g碳酸鈉，黑 色的物質(zhì)沉降，溶液為黃色。黑色的物質(zhì)過濾后，得到納米碳顆粒，這些材料的透射電鏡照 片見圖1和圖2。把得到的黃色溶液中的電解質(zhì)用乙醇反復(fù)萃取，再將萃取后的溶液濃縮、 蒸干后得到苯六甲酸固體。
實(shí)施例4:
將兩塊石墨板(長10cmX寬10cmX厚lcm)作為陽極與陰極，陰陽極間的距離為lcm， 放在去離子水中，采用恒流電源在陰極與陽極之間控制恒定電流密度為200mA7cm2,在室溫下(25'C)通電處理15天。得到棕黑色溶液。將制得的溶液，在10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心沉 降、分離除去大顆粒的碳材料后得到納米碳溶液。向1000ml的納米碳溶液中加入2.5g氯化 銨黑色的物質(zhì)沉降，溶液為黃色。黑色的物質(zhì)過濾后，得到納米碳顆粒，這些材料的透射電 鏡照片見圖1和圖2。把得到的黃色溶液中的電解質(zhì)用乙醇反復(fù)萃取，再將萃取后的溶液濃 縮、蒸干后得到苯六甲酸固體。
實(shí)施例5:
將兩塊石墨板(長10cmX寬10cmX厚lcm)作為陽極與陰極，陰陽極間的距離為lcm， 放在去離子水中，采用恒壓電源在陰極與陽極之間控制恒定電壓為3~5V，在25'C 5(TC通 電處理7天。得到棕色溶液含有大量的石墨片，透射電鏡照片見圖3。
實(shí)施例6:
將兩塊石墨板(長10cmX寬10cmX厚lcm)作為陽極與陰極，陰陽極間的距離為lcm， 放在去離子水中，采用恒壓電源在陰極與陽極之間控制恒定電壓為IV，在室溫下(25'C)通電 處理15天。得到棕黑色溶液。將制得的溶液，在10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心沉降、分離除 去大顆粒的碳材料后得到納米碳溶液。向1000ml的納米碳溶液中加入3g碳酸氫鈉，黑色的 物質(zhì)沉降，溶液為黃色。黑色的物質(zhì)過濾后，得到納米碳顆粒，這些材料的透射電鏡照片見 圖1和圖2。把得到的黃色溶液中的電解質(zhì)用乙醇反復(fù)萃取，再將萃取后的溶液濃縮、蒸干 后得到苯六甲酸固體。
實(shí)施例7:
將兩塊石墨板(長10cmX寬10cmX厚lcm)作為陽極與陰極，陰陽極間的距離為lcm， 放在去離子水中，采用恒壓電源在陰極與陽極之間控制恒定電壓為30V,在室溫下(2(TC)通 電處理7天。得到黑色溶液。將制得的溶液在10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心沉降、分離除去大 顆粒的碳材料后得到納米碳溶液。向1000ml的納米碳溶液中加入3.5g氯化鈉，黑色的物質(zhì) 沉降，溶液為黃色。黑色的物質(zhì)過濾后，得到納米碳顆粒，這些材料的透射電鏡照片見圖la (3nm)。把得到的黃色溶液中的電解質(zhì)用乙醇反復(fù)萃取，再將萃取后的溶液濃縮、蒸干后得 到苯六甲酸固體。
實(shí)施例8:
將兩塊石墨板(長10cmX寬10cmX厚lcm)作為陽極與陰極，陰陽極間的距離為lcm，放在去離子水中，采用恒壓電源在陰極與陽極之間控制恒定電壓為100V，在室溫下(50'C) 通電處理1天。得到黑色溶液。將制得的溶液在10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心沉降、分離除去 大顆粒的碳材料后得到納米碳溶液。向1000ml的納米碳溶液中加入5g碳酸氫銨，黑色的物 質(zhì)沉降，溶液為黃色。黑色的物質(zhì)過濾后，得到納米碳顆粒，這些材料的透射電鏡照片見圖 2。
以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行 限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作 出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種同時(shí)制備納米氧化石墨顆粒或石墨片以及苯六甲酸的方法，其特征在于包括以下步驟①以石墨板作為陰極，石墨板或金屬板作為陽極，陰極與陽極間距為1～5cm，將電極放在盛有去離子水的容器中；②在陰極與陽極之間，控制恒定電流密度0.02～200mA/cm2或控制恒定電壓1～100V，在15～50℃條件下通電1～15天后，得到含有納米碳的混合溶液；③將上述混合溶液在1000～10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心沉降、分離除去大顆粒的碳材料后得到納米碳溶液，向所述納米碳溶液中加入電解質(zhì)，使納米碳沉降，得到不同尺寸的納米氧化石墨顆?；蚴腆w和含有苯六甲酸的黃色溶液；④利用乙醇反復(fù)萃取所述黃色溶液中的電解質(zhì)物質(zhì)，將萃取后得到的溶液濃縮，在50～80℃下蒸干，得到苯六甲酸固體。
2、 按照權(quán)利要求1所述的同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?，其 特征在于所述電解質(zhì)采用氯化鈉、氯化鉀、碳酸鈉、氯化銨、碳酸氫鈉或碳酸氫銨。
3、 按照權(quán)利要求2所述的同時(shí)制備納米氧化石墨顆粒或石墨片以及苯六甲酸的方法，其 特征在于所述電解質(zhì)的加入量為每1000ml的納米碳溶液中加入 5g電解質(zhì)。
4、 按照權(quán)利要求3所述的同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒ǎ?特征在于所述的陽極金屬板為不銹鋼、銅、鋁、鎳或鈦板。
5、 按照權(quán)利要求4所述的同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?，其 特征在于所述步驟②中控制恒定電流密度20mA/cm2，在25'C條件下通電15天。
6、 按照權(quán)利要求4所述的同時(shí)制備納米氧化石墨顆粒或石墨片以及苯六甲酸的方法，其 特征在于所述步驟②中控制恒定電壓3 5V，在25'C 50'C條件下通電7天。
7、 按照權(quán)利要求4所述的同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?，其 特征在于所述步驟②中控制恒定電壓30V，在2(TC條件下通電7天。
8、 按照權(quán)利要求4所述的同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?，其 特征在于所述步驟②中控制恒定電壓IOOV，在50'C條件下通電1天。
9、 利用權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)所述的同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿?的方法制備出的納米碳溶液或納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿?。
全文摘要
一種同時(shí)制備納米氧化石墨顆?；蚴约氨搅姿岬姆椒?，該方法以石墨板為陽極，在含有去離子水的電解池中通電1～15天后，得到納米碳和苯六甲酸的溶液。然后使納米碳沉降，離心分離，得到不同尺寸的納米氧化石墨顆粒或石墨片和含苯六甲酸的黃色溶液。再利用乙醇萃取，將萃取后的溶液濃縮，在50～80℃下蒸干，得到苯六甲酸固體。該方法利用電化學(xué)氧化石墨電極的方法，經(jīng)過分離得到單分散不同納米尺寸的氧化石墨顆粒或石墨片以及苯六甲酸。該制備方法具有工藝簡單，成本低，沒有環(huán)境污染，操作條件易控，產(chǎn)物豐富，不含其它添加劑等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25B3/00GK101469431SQ20071030396
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者馮國星, 寇會(huì)忠, 崔愛莉, 朱光華, 泓 李, 李斗哲, 牛建娜, 趙亞帆, 黃鎬淳 申請(qǐng)人:清華大學(xué);中國科學(xué)院物理研究所;北京三昌宇恒科技發(fā)展有限公司