[发明专利]一种片状碳材料粉体的低成本生产方法

说明书

技术领域

本发明属于材料化学领域，更具体的为一种片状碳材料粉体的低成本生产方法。

背景技术

自从2004年被英国曼彻斯特大学的Geim等科学家发现以来，石墨烯的研究和应用 工作在世界各地被广泛开展(NovoselovK.S.，GeimA.K.，MorozovS.V.，etal.Electric fieldeffectinatomicallythincarbonfilms[J].Science，2004，306(5696)：666- 669)。石墨烯是一种由SP²杂化碳原子构成的平面片状纳米碳材料，理论热传导系数5000W/ m.K，理论比表面积2630m²/g，单层吸光系数只有2.3％。是已知的理论强度最高的物质，同 时具有良好的透明性、导电性和导热性，有望在复合材料、储能材料、电子材料、光学器件等 方面有广阔应用前景。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，保留了很多石墨烯的优秀性质。纳米 石墨片，厚度比石墨烯厚，但是生产成本低，相比石墨烯更容易生产。纳米石墨片、石墨烯或 氧化石墨烯，都是片状碳材料中的一种。

目前，片状碳材料粉体的生产技术包括机械剥离法、液相剥离法、氧化还原法、化 学气相沉积法、热分解SiC法、电化学法等。液相剥离法，有实现大吨位、高质量片状碳材料 粉体生产的可能性。其中，以Hummer法为基础利用强酸对石墨进行氧化处理，得到氧化石 墨，再采用各种工艺对其深度液相剥离，可以得到氧化石墨烯。若是在氧化石墨烯的基础 上，最后加上还原处理步骤还可以得到石墨烯。直接在有机溶剂中对鳞片石墨液相剥离法， 也可以得到高质量的薄层石墨烯。美国的JamesM.Tour等(NatnaelBehabtu，Jay R.Lomeda，MicahJ.Green，etal.Spontaneoushigh-concentrationdispersionsand liquidcrystalsofgrapnene[J].NatureNanotechnology5，406-411(2010))利用超强 酸-氯磺酸对石墨进行液相剥离，基于超强酸的强烈质子化作用，超强酸容易进入石墨的片 层结构，克服石墨片层间的范德华力，剥离开石墨烯。在搅拌2-3天后得到石墨烯-超强酸分 散液，直接观测分散液其中存在大量的单层石墨烯。加入水分解氯磺酸，进行过滤洗涤干 燥，就能获得石墨烯粉体。

石墨是一种典型的层间化合物，在受到剪切力的时候，层和层之间容易滑动被剥 离开。球磨的时候，可以提供强劲剪切力促进石墨片层的彼此剥离。黄海栋等采用搅拌球磨 设备(黄海栋，涂江平等.片状纳米石墨的制备及其作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能[J]. 摩擦学报，第25卷第4期)，以天然石墨为原料以水为介质，液相球磨剥离出厚度10nm以上的 纳米石墨片。球磨法设备和工艺简单，很容易实现大吨位生产。

由于片状碳材料的特性，其片径和厚度之比较大，比表面积从常见的40m²/g到 2630m²/g。在液相剥离完成后，片状碳材料吸附大量的液体介质。无论采用压滤得到片状碳 材料滤饼干燥或者采用片状碳材料的分散液直接喷雾干燥，其中都含有大量的水分或有机 液态，其中1％-30％为片状碳材料，其中70％-99％为液体，干燥的能耗非常高，大大增加了 其生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种片状碳材料粉体的低成本生产方法，通过大幅度降低 其干燥步骤的成本，从而降低片状碳材料粉体的综合生产成本。

本发明的技术方案是：

一种片状碳材料粉体的低成本生产方法，是使用液相剥离工艺，经干燥制得片状 碳材料粉体，其中片状碳材料是纳米石墨片、石墨烯或氧化石墨烯中的一种，其特征在于： 片状碳材料粉体干燥过程的热量来自于炭黑生产过程中或炭黑尾气燃烧中所产生的热量。