[发明专利]一种氧化石墨烯/石墨烯溶液的纯化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯/石墨烯溶液的纯化方法，具体是一种基于电透析的氧化石墨烯/石墨烯溶液的快速深度纯化的装置及方法。

背景技术

石墨烯具有二维晶格结构，平面中的碳原子以sp²杂化轨道相连组成六边形晶格结构，即碳原子通过很强的σ键与相邻的三个碳原子连接，C-C键使石墨烯具有很好的结构刚性。剩余的一个p电子轨道垂直于石墨烯平面，与周围的原子形成π键，π电子在晶格中的离域化，使石墨烯具有良好的导电性，室温下平面上的电子迁移率为1.5×10⁴cm²/V·s，远远超过电子在一般导体中的传导速率，因而在微电子、航天军工、能量存储装置、纳米电子器件、纳米复合材料当中有着广阔的潜在应用空间。

自2004年以来，科学家们已发展出多种制备石墨烯的方法，包括机械剥离法、化学气相沉积(CVD)法或者SiC/金属单晶表面外延生长法、化学氧化剥离法等。但是，很多方法因其固有的弊端，而无法走上工业化的道路。化学氧化-还原法制备成本低廉且容易实现，成为制备石墨烯的最佳方法，而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不易分散的问题。化学氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声解理制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。因此，获得的氧化石墨烯、石墨烯中含有大量的杂质离子，通常采用过滤、离心及透析的方法分离纯化，过程复杂。尤其抽滤过程中容易导致部分解离氧化石墨烯片的取向，堵塞过滤通道，使得过滤效率较低。而采用单纯的透析过程，耗时长，产量低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种效率高、过程简单的氧化石墨烯/石墨烯溶液的纯化方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种氧化石墨烯/石墨烯溶液的纯化方法，其特征在于，该方法是将待纯化的氧化石墨烯/石墨烯溶液输入透析腔中，所述的透析腔置于阴阳电极之间，透析腔中间为氧化石墨烯/石墨烯溶液通道，透析腔与阴阳电极之间设有溶剂流通道，待纯化的氧化石墨烯/石墨烯溶液从透析腔的一端进入，受到阴阳电极之间的电场作用，待纯化的氧化石墨烯/石墨烯溶液中的离子和带电粒子通过透析腔壁分别向带相反电荷的电极迁移，并被溶剂流带走，剩余纯化的氧化石墨烯/石墨烯溶液从透析腔中流出。

所述的溶剂流与氧化石墨烯/石墨烯溶液呈并流、错流或逆流。

所述的氧化石墨烯/石墨烯溶液的流速与溶剂流的流速之比为1∶100-100∶1。

所述的氧化石墨烯/石墨烯溶液的浓度为0.001～20mg/mL。

所述的溶剂流采用的溶剂可以是水、甲醇、乙醇、异丙醇、戊烷、己烷、辛烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、苯、甲苯、二甲苯、乙腈、吡啶、苯酚、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、乙醚、环氧丙烷、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚中的任意一种。

所述的阴阳电极之间的电压为0.1～36V。

一种氧化石墨烯/石墨烯溶液的纯化方法的装置，其特征在于，该装置包括透析腔和阴阳电极，所述的阴阳电极分别设置在透析腔两侧，透析腔中间为氧化石墨烯/石墨烯溶液通道，透析腔与阴阳电极之间设有溶剂流通道。

所述的透析腔可以是透析袋、透析管、透析膜或隔膜中的任意一种组成的腔室；所述的透析腔截留的分子量是3000～30000。

所述的阴阳电极由金属薄膜或金属丝网上涂覆导电涂层组成。

与现有技术相比，本发明使用电透析的方法快速纯化氧化石墨烯/石墨烯溶液，以解决过滤、离心以及透析纯化氧化石墨烯/石墨烯溶液过程中的问题。将装有氧化石墨烯/石墨烯的透析腔置于电场中，通过电场加快溶液中的离子往阴阳极的迁移，通过透析腔将氧化石墨烯/石墨析截留在透析腔中，实现氧化石墨烯/石墨烯的快速纯化的装置和方法。