中國(guó)專(zhuān)利局上的石墨烯專(zhuān)利

1、中國(guó)專(zhuān)利局上的石墨烯專(zhuān)利【利要求書(shū)1.一種基于酸霧與氣磨石墨的原位石墨烯的制(1)、原料初步制備：將lkg的8000目的石墨粉體通過(guò)風(fēng)機(jī)送入氣磨管道，進(jìn)行氣動(dòng)球磨1-24小時(shí)后，管道上方較輕石墨粉溢出飄落到反應(yīng)釜A；(2)、注酸制備：石墨粉溢出飄落到反應(yīng)釜A同時(shí)噴霧注入硫酸、硝酸和磷酸的混合酸液10:1:1,使石墨粉體與酸霧充分接觸，混合石墨粉體與酸霧溶液質(zhì)量比1:101:100,此時(shí)控制 溫度不高于5c,經(jīng)充分混合后得到混合溶液;將混合溶液傳入盛有硝酸鈉和高猛酸鉀的反應(yīng)釜B中，硝酸鈉和高猛酸鉀比例為1:100,繼續(xù) 保持5C以下，反應(yīng)1-4小時(shí)后注水10kg并升 溫至35-45C.反應(yīng)1-2

2、小時(shí)；繼續(xù)升溫至90-100C并加入去離子水后沖洗反應(yīng)10-60分鐘， 停止加熱并繼續(xù)攪拌1-60分鐘， 所述酸的 濃度是硫酸98%、硝酸65%、磷酸85%；(3)、還原制備：停止加熱并繼續(xù)攪拌1-60分備方法，其特征在于: 該方法包括以下步驟:鐘后緩慢注入過(guò)氧化氫5kg,反應(yīng)1-10分鐘后 離心淋洗，50-70C、烘干，得氧化石墨； 分散在lm3的去離子水中，超聲分散1 -2小時(shí),加入18-30L水合耕，在60-90 C下反應(yīng)10-20小時(shí)， 然后抽濾再經(jīng)甲醇和水淋洗3-4次， 烘干 制得石墨烯。說(shuō)明書(shū)基于酸霧與氣磨石墨的原位石墨烯的制備方法技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種石墨烯的制備方法，具體的說(shuō)

3、是 一種結(jié)合霧化和氣磨石墨方式大規(guī)模低成本制 備咼品質(zhì)石墨烯的方法。背景技術(shù) 石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的，由sp2雜 化的碳原子構(gòu)成的二維六邊單層原子材料，具有 蜂窩狀平面結(jié)構(gòu)。它的特殊單原子層結(jié)構(gòu)使其具 有許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如：其具有極高的 力學(xué)強(qiáng)度，是鋼材的100倍；常溫下導(dǎo)電速率極 快電子遷移率高達(dá)15000cm2/v s,；傳熱性能(4)、將步驟1、2、3、中得到的氧化石墨1kgnrj極佳， 導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到5300W/mK； 單層的石墨 烯的理論比表面積達(dá)到2650m2/go由于10層以 上的石墨烯與石墨的性能相差無(wú)幾，只有10層 以下的石墨烯才可以表現(xiàn)出以上的諸多優(yōu)異特性，

4、因此如何大規(guī)模制備高品質(zhì)的石墨烯是目前面臨的重要科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。目前的石墨烯的制備方法主要有:微機(jī)械剝離法，氧化石墨還原法，化學(xué)氣相沉積，外延生長(zhǎng)法等，其中氧化還原法相對(duì)容易應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)制備，但是由于其在還原過(guò)程中對(duì)石墨烯片層結(jié)構(gòu)的完整性破壞較大且容易發(fā)生大量聚集，因此亟需改善。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于酸霧氣磨石墨的原位石墨烯的制備方法，該方法通過(guò)結(jié)合氣磨法和霧化法的方式，將石墨原料與制備過(guò)程中的酸液充分高效接觸，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)制備，并節(jié)省成本 的目的，是一種高效、節(jié)能的大規(guī)模制備石墨烯 的方法。本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是：1、 原料初步制備： 將lkg的8000目的石墨粉體 通awMB

5、4過(guò)風(fēng)機(jī)送入氣磨管道，進(jìn)行氣動(dòng)球磨1-24小 時(shí)后，管道上方較輕石墨粉溢出飄落到反應(yīng)釜A。2、 注酸制備： 石墨粉溢 出飄落到反應(yīng)釜A同時(shí)噴霧注入硫酸、硝酸和磷酸的混合酸液10:1:1,使石墨粉體與酸霧充分接觸， 混合石墨粉體與酸 霧溶液質(zhì)量比1:101:100,此時(shí)控制溫度不高 于5C,經(jīng)充分混合后得到混合溶液；將混合溶 液傳入盛有硝酸鈉和高猛酸鉀的反應(yīng)釜B中，硝 酸鈉和高猛酸鉀比例為1:100,繼續(xù)保持5C以 下,反應(yīng)1-4小時(shí)后注水10kg并升溫至35-45 C、反應(yīng)1-2小時(shí)； 繼續(xù)升溫至90-100C并加入去 離子水后沖洗反應(yīng)10-60分鐘，停止加熱并繼續(xù) 攪拌1-60分鐘， 所述酸

6、的濃度是硫酸98%、 硝 酸65%、磷酸85%。3、還原制備：停止加熱并繼續(xù)攪拌1-60分鐘后緩慢注入過(guò)氧化氫5kg,反應(yīng)1-10分鐘后離心 淋洗，50-70 C烘干，得氧化石墨。4、將步驟1、2、3、中得到的氧化石墨lkg分散在lm3的去離子水中， 超聲分散1-2小時(shí)， 加 入18-30L水合腓，在60-90 C下反應(yīng)10-20小 時(shí)，然后抽濾再經(jīng)甲醇和水淋洗3-4次，烘干制 得石墨烯。III本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:1、本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的氧化還原法，化學(xué)氣相沉積法和機(jī)械剝離法，具有生產(chǎn)成本低，制備效率高和易于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。2、制備簡(jiǎn)單，易于操作，設(shè)備成本低廉，可制備出高品質(zhì)石墨

7、烯，層數(shù)W3,單層率999%。3、3層以下石墨烯產(chǎn)出率在30%-40%,同時(shí)，可衍生4-10層石墨烯。附圖說(shuō)明圖1石墨烯制備的具體實(shí)驗(yàn)流程。圖2本發(fā)明制備的石墨烯掃描電鏡照片。圖3本發(fā)明制備的石墨烯透射電鏡照片。圖4本發(fā)明制備的石墨烯的紅外光譜譜圖。具體實(shí)施方式過(guò)氣磨機(jī)風(fēng)選提純，將含硅類(lèi)雜質(zhì)與石墨晶體分離，較輕的石墨懸浮，通過(guò)分析機(jī)和分級(jí)機(jī)進(jìn)行篩分回收，在達(dá)到8000目排除20%以上雜質(zhì),獲得固定碳70%以上， 力度達(dá)到8000目以上石 墨粉，將初選氣磨管道的石墨 在石墨圮鍋高溫中該方法包含以下幾個(gè)步驟：球磨機(jī)石墨處理，通%M2濾出雜質(zhì)，然后通過(guò)氣流導(dǎo)向系統(tǒng)吹出到反應(yīng)釜，獲得固定碳999%高純

8、石墨。用霧化酸霧將氣磨石墨酸蝕，得到氧化石墨；高度氣化分散的氧化石墨再進(jìn)一步還原制得高品質(zhì)石墨烯。實(shí)施例11、將lkg的8000目的石墨粉體通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣 磨管道，進(jìn)行氣動(dòng)球磨12小時(shí)后，管道上方較 輕石墨粉溢出飄落到反應(yīng)釜Ao2、注酸制備： 石墨粉溢 出飄落到反應(yīng)釜A同時(shí)噴霧注入2.16L硫酸，0. 216L硝酸和0. 216L磷 酸的混合酸液，使石墨粉體與酸霧充分接觸12小時(shí)，此時(shí)控制溫度不高于5C,經(jīng)充分混合后 得到混合溶液；將混合溶液傳入盛有500g硝酸 鈉和3000g高鐳酸鉀的反應(yīng)釜B中,繼續(xù)保持5 C以下， 反應(yīng)4小時(shí)后注水10kg并升溫至35C反 應(yīng)1小時(shí)；繼續(xù)升溫至90C并加入

9、大量的去離 子水后沖洗反應(yīng)60分鐘，停止加熱并繼續(xù)攪拌60分鐘。3、還原制備：停止加熱并繼續(xù)攪拌60分鐘后緩慢注入過(guò)氧化氫5血，反應(yīng)10分鐘后離心淋洗,50 C烘干，得氧化石墨。4、將步驟1、2、3、中得到的氧化石墨lkg分 散在lm3的去離子水中，超聲分散1小時(shí)，加入18L水合臍，在60C下反應(yīng)10小時(shí)，然后抽濾IIIIII再經(jīng)甲醇和水淋洗3-4次，烘干制得石墨烯。 實(shí)施例21、將lkg的8000目的石墨粉體通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣 磨管道，進(jìn)行氣動(dòng)球磨24小時(shí)后，管道上方較 輕石墨 粉溢出飄落到反應(yīng)釜Ao2、注酸制備： 石墨粉溢 出飄落到反應(yīng)釜A同時(shí)噴霧注入2.16L硫酸，0. 216L硝酸和0.

10、216L磷 酸的混合酸液，使石墨粉體與酸霧充分接觸12小時(shí)，此時(shí)控制溫度不高于5C,經(jīng)充分混合后 得到混合溶液；將混合溶液傳入盛有500g硝酸 鈉和3000g高猛酸鉀的反應(yīng)釜B中，繼續(xù)保持5 C以下， 反應(yīng)4小時(shí)后注水10kg并升溫至35C反 應(yīng)1小時(shí)；繼續(xù)升溫至90C并加入去離子水后 沖洗反應(yīng)60分鐘,停止加熱并繼續(xù)攪拌60分鐘。3、還原制備：停止加熱并繼續(xù)攪拌60分鐘后緩慢 注 入過(guò)氧化氫5kg,反應(yīng)10分鐘后離心淋洗,50度。C烘干，得氧化石墨。4、將步驟1、2、3、中得到的氧化石墨lkg分 散在lm3的去離子水中， 超聲分散1小時(shí)， 加入18L水合盼，在60C下反應(yīng)10小時(shí)，然后抽濾

11、再經(jīng)甲醇和水淋洗3-4次，烘干制得石墨烯。 實(shí)施例3IIIIIIA1、將lkg的8000目的石墨粉體通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣 磨管道，進(jìn)行氣動(dòng)球磨24小時(shí)后，管道上方較 輕石墨 粉溢出飄落到反應(yīng)釜Ao2、注酸制備： 石墨粉 溢出飄落到反應(yīng)釜A同時(shí) 噴霧注入2. 16L濃硫酸，0. 216L硝酸和0. 216L磷酸的混合酸液， 使石墨粉體與酸霧充分接觸24小時(shí)，此時(shí)控制溫度不高于5C,經(jīng)充分混合 后得到混合溶液；將混合溶液傳入盛有500g硝 酸鈉和3000g高猛酸鉀的反應(yīng)釜B中， 繼續(xù)保持5C以下，反應(yīng)4小時(shí)后注水10kg并升溫至35C反應(yīng)1小時(shí)；繼續(xù)升溫至90C并加入去離子水 后沖洗反應(yīng)60分鐘，停止加

12、熱并繼續(xù)攪拌60分vT o3、還原制備：停止加熱并繼續(xù)攪拌60分鐘后緩 慢注入過(guò)氧化氫5kg,反應(yīng)10分鐘后離心淋洗,50 C烘干，得氧化石墨。4、將步驟1、2、3、 中得到的氧化石墨lkg分 散在lm3的去離子水中， 超聲分散1小時(shí)， 加入18L水合腓，在60C下反應(yīng)10小時(shí)，然后抽濾 再經(jīng)甲醇和水淋洗3-4次，烘干制得石墨烯。 實(shí)施例4IIIIIIi-aii1、將lkg的8000目的石墨粉體通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣磨管道， 進(jìn)行氣動(dòng)球磨24小時(shí)后， 管道上方較 輕石墨粉溢出飄落到反應(yīng)釜Ao2、注酸制備：石墨粉溢出飄落到反應(yīng)釜A同時(shí)噴霧注入2. 16L濃硫酸，0. 216L硝酸和0216L磷酸的混合酸

13、液，使石墨粉體與酸霧充分接觸24小時(shí)，此時(shí)控制溫度不高于5C,經(jīng)充分混合酸鈉和3000g高猛酸鉀的反應(yīng)釜B中，繼續(xù)保持5C以下， 反應(yīng)4小時(shí)后注水10kg并升溫至40C反應(yīng)1小時(shí)； 繼續(xù)升溫至90C并加入去離子水 后沖洗反應(yīng)60分鐘，停止加熱并繼續(xù)攪拌60分PT o3、還原制備：停止加熱并繼續(xù)攪拌60分鐘后緩慢注入過(guò)氧化氫5血，反應(yīng)10分鐘后離心淋洗,50C烘干，得氧化石墨。4、將步驟1、2、3、中得到的氧化石墨1kg分散在lm3的去離子水中，超聲分散1小時(shí)，加入18L水合臍，在60C下反應(yīng)10小時(shí)，然后抽濾再經(jīng)甲醇和水淋洗3-4次，烘干制得石墨烯。實(shí)施例5后得到混合溶液; 將混合溶液傳入,i

14、有500g硝III1、 將lkg的8000目的石墨粉體通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣 磨管道，進(jìn)行氣動(dòng)球磨24小時(shí)后，管道上方較 輕石墨粉溢出飄落到反應(yīng)釜Ao2、注酸制備： 石墨粉 溢出飄落到反應(yīng)釜A同時(shí) 噴霧注入2. 16L濃硫酸，0. 216L硝酸和0. 216L磷酸的混合酸液， 使石墨粉體與酸霧充分接觸24小時(shí)，此時(shí)控制溫度不高于5C,經(jīng)充分混合 后得到混合溶液；將混合溶液傳入盛有500g硝 酸鈉和3000g高猛酸鉀的反應(yīng)釜B中， 繼續(xù)保持5C以下，反應(yīng)4小時(shí)后注水10kg并升溫至40C反應(yīng)2小時(shí)；繼續(xù)升溫至90C并加入去離子水 后沖洗反應(yīng)60分鐘，停止加熱并繼續(xù)攪拌60分fITT o3、還原制備：停止

15、加熱并繼續(xù)攪拌60分鐘后緩 慢注入過(guò)氧化氫5kg,反應(yīng)10分鐘后離心淋洗,50C烘干，得氧化石墨。4、將步驟1、2、3、 中得到的氧化石墨lkg分 散在lm3的去離子水中， 超聲分散1小時(shí)， 加入18L水合臍，在60C下反應(yīng)10小時(shí)，然后抽濾 再經(jīng)甲醇和水淋洗3-4次，烘干制得石墨烯。 實(shí)施例61、 將lkg的8000目的石墨粉體通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣 磨管道，進(jìn)行氣動(dòng)球磨24小時(shí)后，管道上方較 輕III石墨粉溢岀飄落到反應(yīng)釜Ao2、注酸制備： 石墨粉 溢出飄落到反應(yīng)釜A同時(shí) 噴霧注入2. 16L濃硫酸，0. 216L硝酸和0. 216L磷酸的混合酸液， 使石墨粉體與酸霧充分接觸24小時(shí)，此時(shí)控制溫度

16、不高于5C,經(jīng)充分混合 后得到混合溶液；將混合溶液傳入盛有500g硝 酸鈉和3000g高猛酸鉀的反應(yīng)釜B中， 繼續(xù)保持5C以下， 反應(yīng)4小時(shí)后注水10kg并升溫至40C反應(yīng)2小時(shí)；繼續(xù)升溫至90C并加入去離子水 后反應(yīng)120分鐘，停止加熱并繼續(xù)攪拌60分鐘。3、還原制備：停止加熱并繼續(xù)攪拌60分鐘后緩 慢注入過(guò)氧化氫5kg,反應(yīng)10分鐘后離心淋洗,50C烘干，得氧化石墨。4、將步驟1、2、3、 中得到的氧化石墨lkg分 散在lm3的去離子水中， 超聲分散1小時(shí)， 加入18L水合腓，在60C下反應(yīng)10小時(shí)，然后抽濾 再經(jīng)甲醇和水淋洗3-4次，烘干制得石墨烯。 實(shí)施例71、將lkg的8000目的石

17、墨粉體通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣 磨管道，進(jìn)行氣動(dòng)球磨24小時(shí)后，管道上方較 輕石墨 粉溢出飄落到反應(yīng)釜Ao2、注酸制備： 石墨粉 溢出飄落到反應(yīng)釜A同IIIIllIIIin時(shí) 噴霧注入2.16L濃硫酸，0. 216L硝酸和0. 216L磷酸的混合酸液， 使石墨粉體與酸霧充分接觸24小時(shí)，此時(shí)控制溫度不高于5C,經(jīng)充分混合后得到混合溶液； 將混合溶液傳入盛有500g硝 酸鈉和3000g高猛酸鉀的反應(yīng)釜B中，繼續(xù)保持5C以下， 反應(yīng)4小時(shí)后注水10kg并升溫至40C反應(yīng)2小時(shí)； 繼續(xù)升溫至90C并加入大量的去 離子水后沖洗反應(yīng)120分鐘，停止加熱并繼續(xù)攪 拌120分鐘。3、還原制備：停止加熱并繼續(xù)攪拌120

18、分鐘后慢注入過(guò)氧化氫5kg,反應(yīng)10分鐘后離心淋洗,50 C烘干，得氧化石墨。4、將步驟1、2、3、中得到的氧化石墨lkg分 散在lm3的去離子水中，超聲分散1小時(shí)，加入18L水合耕，在60C下反應(yīng)10小時(shí)，然后抽濾再經(jīng)甲醇和水淋洗3-4次，烘干制得石墨烯。實(shí)施例81、 將lkg的8000目的石墨粉體通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣 磨管道，進(jìn)行氣動(dòng)球磨24小時(shí)后，管道上方較2、注酸制備：石墨粉溢出飄落到反應(yīng)釜A同時(shí)噴霧注入2.16L濃硫酸，0.216L硝酸和0.216L磷輕石墨粉溢出飄落到反應(yīng)釜AoIII酸的混合酸液，使石墨粉體與酸霧充分接觸24小時(shí)， 此時(shí)控制溫度不高于5C,經(jīng)充分混合 后得到混合溶液；將混合溶液傳入盛有500g硝 酸鈉和3000g高猛酸鉀的反應(yīng)釜B中， 繼續(xù)保持5C以下，反應(yīng)4小時(shí)后注水10kg并升溫至40C反應(yīng)2小時(shí)；繼續(xù)升溫至90C并加入大量的去 離子水后沖洗反應(yīng)120分鐘，停止加熱并繼續(xù)攪拌120分鐘。3、還原制備： 停止加熱并繼續(xù)攪拌120分鐘后緩慢注入過(guò)氧化氫5kg,反應(yīng)10分鐘后離心淋 洗，50C烘干，得氧化石墨。4、將步驟1、2、3、 中得到的氧化石墨lkg分 散在1.5m3的去離子水中，超聲分散1小時(shí)，加 入18L水合臍，在60C下反應(yīng)1