[发明专利]一种活性石墨烯的绿色生产方法

权利要求书

1.一种活性石墨烯的绿色生产方法，其特征在于在V-Fe催化剂存在下，以HNO₃-H₂SO₄水溶液催化氧化活性石墨制备活性氧化石墨烯，用淀粉水解液催化还原活性氧化石墨烯，同时生产活性石墨烯和草酸二种产品的方法，技术方案包括负载催化剂的活性石墨制备、活性氧化石墨烯的制备、氧化石墨烯的还原和草酸的制备四部分：

(1)将石墨粉浸渍在V-Fe的硝酸盐溶液中，控制投料质量比为：石墨：V：Fe=1:0.005-0.02:0.01-0.04，在110-150℃下烘干，在通氮气保护下加热到500-600℃，保温0.5-1h，使V-Fe的硝酸盐热分解产生的纳米V₂O₅和纳米Fe₂O₃负载在石墨粉表面和插入石墨的分子层间形成V-Fe催化剂负载的活性石墨粉，其比表面积为500-700m²/g；

(2)将V-Fe催化剂负载的活性石墨浸渍到H₂SO₄质量百分浓度为20%-90%和HNO₃质量百分浓度为10%-50%的HNO₃-H₂SO₄水溶液中，在50-80℃下进行氧化反应6-12h，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，并通入空气降低硝酸消耗，活性石墨粉在V-Fe催化剂的作用下被硝酸和空气原位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，硝酸被还原为氧化氮气体，用水吸收氧化氮尾气循环利用；

(3)将氧化反应液分批加入50-80℃的淀粉质量百分浓度为15%-25%和H₂SO₄质量百分浓度为5%-10%的淀粉水解液中，淀粉水解物主要是葡萄糖，控制石墨与葡萄糖的投料摩尔比为1：1-1.5，氧化反应液在2-4h内加完，然后继续保温反应2-4h，葡萄糖被氧化为草酸，HNO₃被葡萄糖还原为氧化氮气体放出，氧化反应液中的活性氧化石墨烯在V-Fe催化剂的作用下被葡萄糖还原为活性石墨烯沉淀析出，草酸水溶液将活性石墨上负载的V-Fe离子络合溶解，趁热过滤分离活性石墨烯沉淀，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9-13；

(4)将还原反应母液加热到50-80℃，继续加入质量百分浓度为50%的HNO₃氧化剂，并通入空气提高氧化效率和降低硝酸消耗，直到母液中葡萄糖被完全催化氧化，然后真空蒸发浓缩反应液使草酸质量百分浓度大于25%和使残余硝酸完全分解，冷却草酸浓缩液到5-10℃，结晶分离析出的草酸，去离子水清洗，干燥得到草酸产品，含草酸和硫酸的母液通过离子交换树脂回收V-Fe催化剂，脱除催化剂后的母液循环用于淀粉水解溶液和HNO₃-H₂SO₄水溶液的配制，饱和吸附的离子交换树脂用质量百分浓度为3%的硝酸溶液脱附再生后循环使用。