[发明专利]一种活性石墨烯的清洁生产方法

权利要求书

1.一种活性石墨烯的清洁生产方法，其特征在于以HNO₃-HCl水溶液氧化活性石墨粉制备氧化石墨烯，用乙二醛还原活性氧化石墨烯，同时生产活性石墨烯和乙醛酸二种产品，从根本上解决现有化学方法制备石墨烯产品时大量废硫酸难以处置的问题，技术方案包括石墨粉的插层刻蚀活化、活性氧化石墨烯的制备、活性氧化石墨烯的还原、乙醛酸的制备四部分：

（1）石墨粉的插层刻蚀活化是将石墨粉和钾化合物以质量比1:0.1-1.0混合，在通氮气保护下加热到760-850℃，保温0.5-1h，使钾盐热还原分解产生的钾原子气体插入石墨的分子层间，撑大了石墨分子层的间隙，同时在石墨层的晶面上刻蚀开孔活化，增大石墨粉的比表面积，得到活性石墨粉，然后通入空气冷却到室温，使石墨层表面预氧化为石墨酸，增加表面的润湿性，以方便后续氧化剂溶液的渗透进入，所述的钾化合物是K₂O、KOH、K₂CO₃、KNO₃或有机酸钾盐之一；

（2）活性氧化石墨烯的制备是将插层刻蚀活化后的活性石墨粉浸渍到HCl质量百分浓度为10%-25%和HNO₃质量百分浓度为10%-50%的HNO₃-HCl水溶液中，在40-70℃下进行氧化反应4-6h，在反应过程中不断补充质量百分浓度为50%的HNO₃溶液，控制HNO₃与石墨的摩尔投料比为0.6-1.2，活性石墨粉被硝酰氯氧化生成活性氧化石墨烯，活性氧化石墨烯分子中C/O摩尔比为1.6-3，硝酰氯被还原为亚硝酰氯，进一步水解生成氧化氮气体，反应中产生的氧化氮尾气用水吸收后循环利用；

（3）活性氧化石墨烯的还原是将氧化反应液分批加入40-60℃的乙二醛质量百分浓度为15%-25%和HCl质量百分浓度为3%-5%的水溶液中，控制投入HNO₃的摩尔数与乙二醛的摩尔数之比为0.3-0.6，氧化反应液在2-4h内加完，然后继续保温反应0.5-2h，乙二醛被氧化为乙醛酸，氧化反应液中的HNO₃被乙二醛还原为氧化氮气体放出，氧化反应液中的活性氧化石墨烯被乙二醛还原为活性石墨烯沉淀析出，离心分离活性石墨烯，去离子水清洗，真空干燥，得到活性石墨烯产品，其比表面积为500-1500m²/g，活性石墨烯分子中C/O摩尔比为6-9；

（4）乙醛酸的制备是将还原反应母液加热到40-60℃，继续加入HNO₃氧化剂，直到母液中残余乙二醛的质量百分浓度小于0.5%，然后真空蒸发浓缩乙醛酸反应液，使乙醛酸质量百分浓度大于40%，冷却乙醛酸浓缩液到0-5℃，结晶分离析出的草酸，加入去离子水调整得到质量百分浓度为40%的乙醛酸溶液，其中的乙二醛杂质的质量含量小于1.0%，其中的草酸杂质的质量含量小于1.0%。