一種石墨烯分散液的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯分散液的制備方法，它包括：（1）將氧化石墨烯分散到溶劑A中，得氧化石墨烯分散液；（2）將氧化石墨烯分散液噴入液氮容器中，進行速凍處理，得氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物；（3）將上述氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物加入到裝有溶劑B的反應(yīng)釜中使體系自然升至室溫；（4）在室溫下，向上述體系加入酸度調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH為4.00—11.00；（5）向上述體系加入還原劑，進行固液分離，得固體物料；（6）將上述固體物料加入溶劑C中，得到石墨烯分散液；本發(fā)明的有益效果：所得石墨烯分散液為黑色粘稠漿料，具有高導(dǎo)電性，良好的熱穩(wěn)定性，易分散，石墨烯完全以單層片狀結(jié)構(gòu)存在；本發(fā)明操作簡單，產(chǎn)率高、成本低、適合規(guī)模化生產(chǎn)。
【專利說明】一種石墨烯分散液的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯制備領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯分散液的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯獨特的二維晶體結(jié)構(gòu)而具有極高的電子傳輸速率，機械強度最高，同時其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、透明、導(dǎo)熱性出色，因此應(yīng)用前景廣闊。在實際應(yīng)用中，石墨烯材料需要分散在水及各種溶劑中，但是石墨烯材料層與層之間存在范德華力，因而容易團聚，很難分散于各種溶劑中，大大限制了其應(yīng)用。人們也采用各種聚合物來修飾石墨烯，如嵌段聚合物、聚苯胺、纖維素等，保護了石墨烯結(jié)構(gòu)的同時，提高了其分散性和穩(wěn)定性，但是這些聚合物成本較高，制備工藝復(fù)雜，且包覆的石墨烯量小、穩(wěn)定性差，因而難以實現(xiàn)工業(yè)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種石墨烯分散液的制備方法，它具有分散性好、能夠穩(wěn)定存在、適合規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:(I)將Hummers法制得的氧化石墨烯分散到溶劑A中，攪拌、超聲、離心分離得到氧化石墨烯分散液；(2)將氧化石墨烯分散液加入到高壓噴罐中，加壓將氧化石墨烯分散液噴入液氮容器中，在零下80°C進行速凍處理，得氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物；(3)將上述氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物加入到裝有溶劑B的反應(yīng)釜中，使體系自然升至室溫；(4)在室溫下，向上述體系加入酸度調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH為
4.00—11.00 ；(5)向上述體系加入還原劑，氧化石墨烯和還原劑的質(zhì)量比為1:2 — 5:1，升溫至60— 70°C反應(yīng)8 —14小時`，進行固液分離，得固體物料；(6)將上述固體物料加入溶劑C中，利用超聲清洗劑洗滌、離心機分離，得到石墨烯分散液。
[0005]所述溶劑A，為甲醇、異丙醇、蒸餾水、四氫呋喃、甲苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一種。
[0006]所述冷凍劑，為液氮。
[0007]所述溶劑B，為甲醇、異丙醇、蒸餾水、四氫呋喃、甲苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一種。
[0008]所述酸度調(diào)節(jié)劑，為鹽酸、乙酸、氨水、氫氧化鉀、氫氧化鈉中的一種。
[0009]所述還原劑，為水合肼、硼氫化鈉、四氫鋁鋰、抗壞血酸、草酸中的一種或幾種。
[0010]所述氧化石墨烯和還原劑的質(zhì)量比為1: 2—5:1。
[0011]所述溶劑C，為甲醇、異丙醇、蒸餾水、四氫呋喃、甲苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一種。
[0012]所述超聲清洗機的頻率為42K — 90K赫茲。
[0013]本發(fā)明還提供一種根據(jù)上述方法制備的石墨烯分散液。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明優(yōu)選出一種石墨烯分散液的制備方法，制得的分散液為黑色粘稠漿料，分散性好，利用電子掃描電鏡觀察到其中的石墨烯為單層片狀結(jié)構(gòu)，具有方形、橢圓等各種不規(guī)則形狀，表面呈褶皺形態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例1的掃描電子顯微鏡照片(bar=l.0 U m)；
[0016]圖2為本發(fā)明實施例1制備的石墨烯的水分散液；
[0017]圖3為本發(fā)明實施例2制備的石墨烯的二甲基甲酰胺分散液。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0019]實施例1:
[0020](I)稱取IOg Hummers法制得的氧化石墨烯分散到1000g蒸餾水中，通過機械攪拌和超聲振蕩分散均勻，用離心機進行離心分離，得氧化石墨烯分散液；
[0021](2)將(I)得到的氧化石墨烯分散液加入到高壓噴罐中，加壓將氧化石墨烯分散液噴入液氮容器中，在零下80°C進行速凍處理，得氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物；
[0022](3)稱量4.5kg甲醇投入IOL反應(yīng)釜中，將氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物加入其中， 使體系自然升至室溫；
[0023](4)向上述(3)的體系中加入乙酸，調(diào)節(jié)溶液pH為4.15 ；
[0024](5)每次0.5g向上述(4)體系中加入總量為5g的硼氫化鈉，將體系立即升溫至 600C，恒溫反應(yīng)8小時，反應(yīng)完畢，停止加熱，用12000rpm的離心機進行固液分離，得固體物料；
`[0025](6)將上述固體物料加入到1.5Kg的蒸餾水中以42K赫茲的頻率超聲洗滌20分鐘，離心分離，得到5g石墨烯黏稠漿料，投入200g水中稀釋，得到石墨烯分散液。
[0026]本實施例制得的石墨烯分散液的掃描電子顯微鏡照片(bar=l.0um)如附圖1所示，分散液中的石墨烯為單層不規(guī)則形狀，表面褶皺較多；本實施例制得的石墨烯的水分散液照片如圖2所示，石墨烯在水中分散性良好，能夠穩(wěn)定存在。
[0027]實施例2:
[0028](I)稱取IOg Hummers法制得的氧化石墨烯分散到1000g蒸餾水中，通過機械攪拌和超聲振蕩分散均勻，用離心機進行離心分離，得氧化石墨烯分散液；
[0029](2)將(I)得到的石墨烯分散液加入到高壓噴罐中，加壓將氧化石墨烯分散液噴入液氮容器中，在零下80°C進行速凍處理，得氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物；
[0030](3)稱量6.5kg蒸餾水投入IOL反應(yīng)釜中，將氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物加入其中，使體系自然升至室溫；
[0031](4)向上述(3)的體系中加入氫氧化鉀，調(diào)節(jié)溶液pH為8.31 ；
[0032](5)每次0.3g向上述(4)體系中加入總量為Sg的硼氫化鈉，將體系立即升溫至 70°C，恒溫反應(yīng)12小時，反應(yīng)完畢，停止加熱，用12000rpm的離心機進行固液分離，得固體物料；
[0033](6)將所得固體物料加入到2Kg的蒸餾水中以80K赫茲的頻率超聲洗滌20分鐘， 離心分離，得到5g石墨烯黏稠漿料，投入200g 二甲基甲酰胺中，得到石墨烯分散液。
[0034]本實施例制得的石墨烯的水分散液照片如圖3所示，石墨烯在二甲基甲酰胺中分散性良好，能夠穩(wěn)定存在。
[0035]實施例3:
[0036](I)稱取IOg Hummers法制得的氧化石墨烯分散到800g甲醇中，通過機械攪拌和超聲振蕩分散均勻，用離心機進行離心分離，得氧化石墨烯分散液；
[0037](2)將(I)得到的石墨烯分散液加入到高壓噴罐中，加壓將氧化石墨烯分散液噴入液氮容器中，在零下80°C進行速凍處理，得氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物；
[0038](3)稱量4.5kg甲醇投入IOL反應(yīng)釜中，將氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物加入其中，使體系自然升至室溫；
[0039](4)向上述(3)的體系中加入氫氧化鉀，調(diào)節(jié)溶液pH為10.31 ；
[0040](5)每次0.5g向上述(4)體系中加入總量為15g的硼氫化鈉，將體系立即升溫至600C，恒溫反應(yīng)8小時，反應(yīng)完畢，停止加熱，用12000rpm的離心機進行固液分離，得固體物料；
[0041](6)所得固體物料呈堿性，加入到1.5Kg的水中以90K赫茲的頻率超聲洗滌20分鐘，離心分離，得到4g石墨烯黏稠漿料，投入160g水中稀釋，得到石墨烯分散液。
[0042]實施例4:
[0043](I)稱取IOg Hummers法制得的氧化石墨烯分散到1000g蒸餾水中，通過機械攪拌和超聲振蕩分散均勻，用離心機進行離心分離，得氧化石墨烯分散液；
[0044](2)將(I)得到的石墨烯分散液加入到高壓噴罐中，加壓將氧化石墨烯分散液噴入液氮容器中，在零下80°C進行速凍處理，得氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物；
[0045](3)稱量2.5kg蒸餾水投入IOL反應(yīng)釜中，將氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物加入其中，使體系自然升至室溫；
[0046](4)向上述(3)的體系中加入28g氨水，調(diào)節(jié)溶液pH為10.28 ；
[0047](5) I次性向上述(4)體系中加入總量為15g的水合肼，將體系立即升溫至70°C，恒溫反應(yīng)14小時；
[0048](6)反應(yīng)完畢，停止加熱，用12000rpm的離心機進行固液分離，得固體物料；
[0049](7)所得固體物料呈堿性，加入到4Kg的蒸餾水中以60K赫茲的頻率超聲洗滌20分鐘，離心分離；
[0050](8)重復(fù)操作(7)兩次，得到8.5g石墨烯黏稠漿料，投入340g N-甲基吡咯烷酮中稀釋，得到濃度為2.4%的石墨烯分散液。
[0051]實施例5:
[0052](I)稱取IOg Hummers法制得的氧化石墨烯分散到900g四氫呋喃中，通過機械攪拌和超聲振蕩分散均勻，用離心機進行離心分離，得氧化石墨烯分散液；
[0053](2)將(I)得到的石墨烯加入到高壓噴罐中，加壓將氧化石墨烯分散液噴入液氮容器中，在零下80°C進行速凍處理，得氧化石`墨烯分散液速凍產(chǎn)物；
[0054](3)稱量2.5kg四氫呋喃投入IOL反應(yīng)釜中，將氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物加入其中，使體系自然升至室溫；
[0055](4)向上述(3)的體系中加入氫氧化鈉，調(diào)節(jié)溶液pH為8.12 ；
[0056](5)每次0.3g向上述(4)體系中加入總量為15g的四氫鋁鋰，將體系立即升溫至700C，恒溫反應(yīng)9小時，反應(yīng)完畢，停止加熱，用12000rpm的離心機進行固液分離，得固體物料；
[0057](6)所得固體物料呈堿性，加入到4Kg的蒸餾水中以90K赫茲的頻率超聲洗滌20 分鐘，離心分離，得到4g石墨烯黏稠漿料，投入160g水中稀釋，得到石墨烯分散液。
[0058]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人`員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯分散液的制備方法，其特征是，(I)將Hummers法制得的氧化石墨烯分散到溶劑A中，攪拌、超聲、離心分離得到氧化石墨烯分散液；(2)將氧化石墨烯分散液加入到高壓噴罐中，加壓將氧化石墨烯分散液噴入液氮容器中，在零下80°C進行速凍處理，得氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物；(3)將上述氧化石墨烯分散液速凍產(chǎn)物加入到裝有溶劑B的反應(yīng)釜中，使體系自然升至室溫；(4)在室溫下，向上述體系加入酸度調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH為4.00-11.00 ；(5)向上述體系加入還原劑，氧化石墨烯和還原劑的質(zhì)量比為1:2 — 5:1，升溫至 60—700C反應(yīng)8 —14小時，進行固液分離，得固體物料；(6)將上述固體物料加入溶劑C中， 利用超聲清洗劑洗滌、離心機分離，得到石墨烯分散液。
2.如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯分散液的制備方法，其特征是，所述溶劑A為甲醇、 異丙醇、蒸餾水、四氫呋喃、甲苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯分散液的制備方法，其特征是，所述冷凍劑為液氮。
4.如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯分散液的制備方法，其特征是，所述溶劑B為甲醇、 異丙醇、蒸餾水、四氫呋喃、甲苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯分散液的制備方法，其特征是，所述酸度調(diào)節(jié)劑為鹽酸、乙酸、氨水、氫氧化鉀、氫氧化鈉中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯分散液的制備方法，其特征是，所述還原劑為水合肼、硼氫化鈉、四氫鋁鋰、抗壞血酸、草酸中的一種或幾種。
7.如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯分散液的制備方法，其特征是，所述氧化石墨烯和還原劑的質(zhì)量比為1:2—5:1。
8.如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯分散液的制備方法，其特征是，所述溶劑C為甲醇、 異丙醇、蒸餾水、四氫呋喃、甲苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一種。
9.如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯分散液的制備方法，其特征是，所述超聲清洗機頻率為42K — 90K赫茲。
10.如權(quán)利要求1至9一項所述的方法制備的一種石墨烯分散液。
【文檔編號】C01B31/04GK103496691SQ201310416660
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】張文, 史振國, 曹全福 申請人:山東聊城魯西化工集團有限責(zé)任公司