[发明专利]利用废旧电池中石墨一步氧化还原制备石墨烯的方法

说明书

本发明公开了利用废旧电池中石墨一步氧化还原制备石墨烯的方法，其按照以下步骤进行：步骤一、通过还原氨浸出废旧锂离子电池得到废石墨；步骤二、步骤一得到的废石墨通过氧化剂氧化、插层剂插层，辅助试剂辅助氧化还原并剥离制备还原氧化石墨烯；步骤三、步骤二剥离后的石墨烯通过清洗剂除去表面的金属离子；步骤四、将步骤三获得的氧化还原石墨烯烘干得到石墨烯产品。本发明的优点：金属浸出后的废石墨制备石墨烯，变废为宝，成本低廉；氧化体系不使用传统的硝酸盐，提高了石墨烯品质，避免了环境污染；通过过氧乙酸协助一步氧化还原制备石墨烯，简化了石墨烯制备工艺，避免了其他危险有机物的使用，产生的氧气有利于环境。

技术领域

本发明涉及一种制备石墨烯的方法，特别涉及一种利用废旧电池中石墨一步氧化还原制备石墨烯的方法，属于石墨烯技术领域。

背景技术

锂离子电池（LIB）具有高能量密度，长寿命周期，低自放电，并且安全可靠等优点而被广泛用于移动电话，笔记本电脑，新能源汽车和其他现代化电器。然而，由于它只具有几年的使用寿命（约1000次充电放电循环），将产生大量的废LIB。据估计，2020年中国使用的LIB的数量和重量分别超过250亿只和50万吨。通常，废LIB包括阴极，阳极，电解质，隔膜和外壳，阴极包含必不可少的锂金属氧化物，阳极包括石墨，溶解于有机溶剂中的锂盐电解质。LIB在使用寿命结束后，其资源性和危害性引起了很多关注。然而，在废LIB的再循环中，由于过渡金属氧化物材料的存在以及它们在不同领域的若干应用中的有效性，阴极材料的回收比阳极石墨受到更多关注。

通过有机、无机酸或氨浸出回收废LIB的有价金属后会留下大量废石墨，这是低成本制备石墨烯的良好替代品。到目前为止，已经开发了许多方法用于合成还原氧化石墨烯（rGO），例如石墨的微机械裂解，化学气相沉积，液相化学氧化剥离等。其中，液相化学氧化剥离可低成本大量合成还原氧化石墨烯。Hummers石墨烯制备法因其高效率和令人满意的反应安全性而受到最多的关注。然而，由于使用硝酸和硝酸钠作为氧化剂，仍存在两个问题：氧化过程释放出有毒气体，如NO₂和N₂O₄;难以从氧化石墨烯合成和纯化过程中形成的废水中去除残留的Na⁺和NO^3-。此外，所获得的氧化石墨烯通常需要引入额外的化学试剂，如NaBH₄，N₂H₄·H₂O，MnCl₂，L-抗坏血酸用于还原GO，导致石墨烯制备工序复杂且成本高昂。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种利用废旧电池中石墨一步氧化还原制备石墨烯的方法，通过改变氧化体系试剂组成，实现大规模、高品质氧化还原的制备，实现废旧锂离子电池废石墨的资源化利用。

本发明通过下述方案实现：利用废旧电池中石墨一步氧化还原制备石墨烯的方法，其按照以下步骤进行：

步骤一、浸出废旧锂离子电池得到废石墨；

步骤二、步骤一得到的废石墨通过氧化还原并剥离制备还原氧化石墨烯；

步骤三、去除步骤二剥离后的石墨烯表面的金属离子。

利用废旧电池中石墨一步氧化还原制备石墨烯的方法，其按照以下步骤进行：

步骤一、通过还原氨浸出废旧锂离子电池得到废石墨；

步骤二、步骤一得到的废石墨通过氧化剂氧化、插层剂插层，辅助试剂辅助氧化还原并剥离制备还原氧化石墨烯；

步骤三、步骤二剥离后的石墨烯通过清洗剂除去表面的金属离子；

步骤四、将步骤三获得的氧化还原石墨烯烘干得到石墨烯产品。

所述步骤一还原氨的组成为氨水，亚硫酸铵和碳酸氢铵。