專利名稱：一種氧化石墨的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化石墨領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化石墨的制備方法。
背景技術(shù)：
自從英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈· K ·海姆(Andre K. Geim)等在2004年制備出石墨烯材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)受到了人們廣泛的關(guān)注。石墨烯被喻為材料科學(xué)與凝聚態(tài)物理領(lǐng)域正在升起的“新星”，它所具有的許多新穎而獨(dú)特的性質(zhì)與潛在的應(yīng)用正吸引了諸多科技工作者。單層石墨烯具有大的比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)。如1.高強(qiáng)度，楊氏摩爾量，(1，IOOGPa)，斷裂強(qiáng)度(125GPa) ；2.高熱導(dǎo)率，(5, OOOff/mK) ；3.高導(dǎo)電性、載流子傳輸率，(200, 000cm2/V*s) ；4.高的比表面積，(理論計(jì)算值2，630m2/g)。尤其是其高導(dǎo)電性質(zhì)，大的比表面性質(zhì)和其單分子層二維的納米尺度的 結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可在超級電容器和鋰離子電池中用作電極材料。目前石墨烯的制備方法主要包括微機(jī)械剝離法、超高真空石墨烯外延生長法、氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、溶劑剝離法等。然而，在這些方法中，氧化還原法是目前唯--種兼有廉價(jià)和大規(guī)模制備優(yōu)勢的
制備方法。在用氧化還原法制備石墨烯的過程中，氧化石墨的大量制備又是瓶頸。因?yàn)樵谑趸母邷厮怆A段往反應(yīng)體系中(石墨和濃硫酸等)加入大量的水，大規(guī)模制備時(shí)體系放熱劇烈，溫度上升較快對設(shè)備是較大的考驗(yàn)。另外，由于體系粘度大，若攪拌不均局部溫度過高容易導(dǎo)致石墨膨脹，制備失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種反應(yīng)溫度可以控制在100°C下的氧化石墨的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下SI、用冰浴冷卻方式，將230 460mL濃硫酸冷卻至O °C ;S2、將純度99. 5%石墨加入到濃硫酸中，然后緩慢加入高錳酸鉀(KMnO4)，并控制反應(yīng)溫度O 20°C (優(yōu)選10°C )，隨后保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2 4h (優(yōu)選3h);其中，石墨與KMnO4的質(zhì)量比為I : 3 ;其中，選用石墨與KMnO4的質(zhì)量分別20g和60g ；S3、將步驟S2的反應(yīng)體系升溫至35±3°C，即32 38°C下保溫?cái)嚢璺磻?yīng)O. 5 Ih ；S4、把步驟S3的反應(yīng)體系緩慢倒入460 920mL溫度為20 80°C的水中，且控制反應(yīng)體系溫度小于100°c，并保溫?cái)嚢璺磻?yīng)15 45min ;接著，加入濃度為30被％的雙氧水(H2O2)至反應(yīng)體系不產(chǎn)生氣體為止；隨后趁熱過濾得到固體產(chǎn)物，并用大量濃度為10wt%的鹽酸洗滌固體產(chǎn)物至濾液中不含SO42 為止；最后，水洗、抽濾、50°C真空干燥箱中干燥固體產(chǎn)物24 48h，即得到氧化石墨。本發(fā)明提供的氧化石墨的制備方法，通過改變傳統(tǒng)高溫水解的方式，即把水慢慢加入到反應(yīng)體系中，把反應(yīng)體系往水中加，并控制反應(yīng)溫度小于100°c，從而降低反應(yīng)過程中的劇烈放熱情形；同時(shí)，該制備方法還大大降低了反應(yīng)體系粘度，并可避免因局部溫度過聞而導(dǎo)致石墨膨脹。


圖I為本發(fā)明氧化石墨制備方法的工藝流程圖；圖2為本天然鱗片石墨的XRD表征圖；
圖3為本發(fā)明方法制得的氧化石墨的XRD表征圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的氧化石墨制備方法，如圖I所示，其工藝制備步驟如下SI、用冰浴冷卻方式，將203 460mL濃硫酸冷卻至O °C ;S2、將純度99. 5%石墨加入到濃硫酸中，然后緩慢加入高錳酸鉀(KMnO4)，并控制反應(yīng)溫度O 20°C (優(yōu)選10°C )，隨后保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2 4h (優(yōu)選3h);其中，石墨與KMnO4的質(zhì)量比為I : 3 ;其中，選用石墨與KMnO4的質(zhì)量分別20g和60g ；S3、將步驟S2的反應(yīng)體系升溫至35±3°C，即32 38°C下保溫?cái)嚢璺磻?yīng)O. 5 Ih ；S4、把步驟S3的反應(yīng)體系緩慢倒入460 920mL溫度為20 80°C的水中，且控制反應(yīng)體系溫度小于100°C (如，10°C、20 V、40°C、60°C、70°C、90°C等)，并保溫?cái)嚢璺磻?yīng)15 45min ;接著，加入濃度為30wt%的雙氧水(H2O2)至反應(yīng)體系不產(chǎn)生氣體為止；隨后趁熱過濾得到固體產(chǎn)物，并用大量濃度為10wt%的鹽酸洗滌固體產(chǎn)物至濾液中不含SO42 為止；最后，水洗、抽濾、50°C真空干燥箱中干燥固體產(chǎn)物24 48h，即得到氧化石墨。圖2為本發(fā)明中天然鱗片石墨的XRD表征圖；從圖2中可以看出，天然鱗片石墨在2 Θ角為26°左右出現(xiàn)石墨(002)衍射峰。圖3為本發(fā)明方法制得的氧化石墨的XRD表征圖；從圖3中氧化石墨XRD圖中可以看出，石墨氧化后，衍射峰移動到12°左右，樣品層間距增大，而石墨(002)峰位處基本無衍射峰，說明石墨基本都被氧化，無石墨結(jié)構(gòu)保留。因而證明得到了我們要的氧化石墨?？傊?，本發(fā)明提供的氧化石墨的制備方法，通過改變傳統(tǒng)高溫水解的方式，即把水慢慢加入到反應(yīng)體系中，把反應(yīng)體系往水中加，并控制反應(yīng)溫度小于100°c，從而降低反應(yīng)過程中的劇烈放熱情形；同時(shí)，該制備方法還大大降低了反應(yīng)體系粘度，并可避免因局部溫度過高而導(dǎo)致石墨膨脹。下面對本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例ISI、用冰浴冷卻方式，將460mL濃硫酸冷卻至O °C ;S2、將純度99. 5%的20g石墨加入到濃硫酸中，然后緩慢加入60g的KMnO4,并控制反應(yīng)溫度O C，隨后保溫?cái)埾榉磻?yīng)4h ；S3、將步驟S2的反應(yīng)體系升溫至38°C，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)Ih ；S4、把步驟S3的反應(yīng)體系緩慢倒入460mL溫度為20°C的水中，且將反應(yīng)體系溫度控制在20°C，并保溫?cái)嚢璺磻?yīng)15min ;接著，加入濃度為30被％的雙氧水(H2O2)至反應(yīng)體系不產(chǎn)生氣體為止；隨后趁熱過濾得到固體產(chǎn)物，并用大量濃度為10wt%的鹽酸洗滌固體產(chǎn)物至濾液中不含SO/—為止；最后，水洗、抽濾、50°C真空干燥箱中干燥固體產(chǎn)物48h，即得到氧化石墨。實(shí)施例2SI、用冰浴冷卻方式，將230mL濃硫酸冷卻至O °C ;S2、將純度99. 5%的20g石墨加入到濃硫酸中，然后緩慢加入60g的KMnO4,并控制反應(yīng)溫度20 C，隨后保溫?cái)埾榉磻?yīng)2h ；S3、將步驟S2的反應(yīng)體系升溫至35°C保溫?cái)嚢璺磻?yīng)O. 5h ；S4、把步驟S3的反應(yīng)體系緩慢倒入700mL溫度為80°C的水中，且且將反應(yīng)體系溫度控制在60°C，并保溫?cái)嚢璺磻?yīng)30min ;接著，加入濃度為30Wt%的雙氧水(H2O2)至反應(yīng)體系不產(chǎn)生氣體為止；隨后趁熱過濾得到固體產(chǎn)物，并用大量濃度為10wt%的鹽酸洗滌固體產(chǎn)物至濾液中不含SO/—為止；最后，水洗、抽濾、50°C真空干燥箱中干燥固體產(chǎn)物36h，即得到氧化石墨。實(shí)施例3SI、用冰浴冷卻方式，將350mL濃硫酸冷卻至O °C ;S2、將純度99. 5%的20g石墨加入到濃硫酸中，然后緩慢加入60g的KMnO4,并控制反應(yīng)溫度10 C，隨后保溫?cái)埾榉磻?yīng)3h ；S3、將步驟S2的反應(yīng)體系升溫至32°C保溫?cái)嚢璺磻?yīng)O. 8h ；S4、把步驟S3的反應(yīng)體系緩慢倒入920mL溫度為50°C的水中，且且將反應(yīng)體系溫度控制在90°C，并保溫?cái)嚢璺磻?yīng)45min ;接著，加入濃度為30Wt%的雙氧水(H2O2)至反應(yīng)體系不產(chǎn)生氣體為止；隨后趁熱過濾得到固體產(chǎn)物，并用大量濃度為10wt%的鹽酸洗滌固體產(chǎn)物至濾液中不含SO/—為止；最后，水洗、抽濾、50°C真空干燥箱中干燥固體產(chǎn)物24h，即得到氧化石墨。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對本發(fā)明較佳實(shí)施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。權(quán)利要求
1.一種氧化石墨的制備方法，其特征在于，該制備方法包括如下步驟 51、將濃硫酸冷卻至o°c； 52、往步驟SI中的濃硫酸中加入干燥的石墨，接著加入高錳酸鉀，并于O 20°C下保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2 4h ; 53、將步驟S2中的反應(yīng)體系升溫至32 38°C下保溫?cái)嚢璺磻?yīng)O.5 Ih ; 54、將步驟S3中的反應(yīng)體系緩慢加入到水中，攪拌反應(yīng)15 45min，隨后往加入雙氧水，并經(jīng)凈化處理后，得到所述氧化石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟SI中，采用冰浴冷卻方式將濃硫酸冷卻至0°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述濃硫酸的體積數(shù)為230 460ml ο
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為I : 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，反應(yīng)溫度為10°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，反應(yīng)時(shí)間為3h。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，所述水的體積數(shù)為460 920ml。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述雙氧水的濃度為30wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、7或8所述的制備方法，其特征在于，所述凈化處理還包括如下步驟 541、過濾反應(yīng)體系，隨后用鹽酸洗滌至濾液中不含硫酸根為止，得到固體產(chǎn)物； 542、水洗、抽濾、并于50°C下真空干燥步驟S41中得到的固體產(chǎn)物，冷卻后，即得所述氧化石墨。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述鹽酸的濃度為10wt%。
全文摘要
本發(fā)明屬于氧化石墨材料領(lǐng)域，其公開了一種氧化石墨的制備方法，包括步驟冰浴冷卻濃硫酸至0℃；往濃硫酸中依次加入石墨和KMnO4，進(jìn)行反應(yīng)；升溫反應(yīng)體系至35±3℃繼續(xù)反應(yīng)；將反應(yīng)體系緩慢加入水中，并控制反應(yīng)體系溫度小于100℃下，制得氧化石墨。本發(fā)明提供的氧化石墨的制備方法，通過改變傳統(tǒng)高溫水解的方式，把反應(yīng)體系往水中加，并控制反應(yīng)溫度小于100℃，從而降低反應(yīng)過程中的劇烈放熱情形；同時(shí)，該制備方法還大大降低了反應(yīng)體系粘度，并可避免因局部溫度過高而導(dǎo)致石墨膨脹。
文檔編號C01B31/04GK102757037SQ20111010573
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者劉大喜, 吳鳳, 周明杰, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司