[发明专利]一种剥离氧化石墨制备氧化石墨烯的方法

说明书

本发明公开了一种剥离氧化石墨制备氧化石墨烯的方法，首先制备氧化石墨分散液，将得到的氧化石墨分散液过滤，滤饼用稀盐酸和超纯水分别洗涤，干燥后得到氧化石墨，然后将氧化石墨用超纯水配制成悬浮液，采用动态高压微射流剥离处理，再将分散液离心分离取清液，就可得到氧化石墨烯悬浊液。本发明操作方便，成本低，效果好，易于连续化规模生产。

技术领域

本发明涉及一种剥离氧化石墨制备氧化石墨烯的方法，属于高新技术制备纳米材料技术领域。

背景技术

氧化石墨烯（Graphene oxide，GO）是石墨烯的氧化物，作为平面多环芳烃族的典型物质，因含sp2杂化碳原子，并以共价键紧密连接形成蜂窝状二维晶体结构，含有丰富的含氧官能团，拥有独特的电学、光学、热学和机械性能，同时，氧化石墨烯可以方便地被功能化改性，也是制备石墨烯的中间体，已成为国内外新型碳基材料研究热点，引起了极大关注。目前，氧化石墨烯已被应用在污水处理、抗菌和药物缓释、纳米复合材料、电化学等诸多领域并取得了良好的研究成果。近年来，市场对氧化石墨烯的需求量逐年增加，虽规模化、高效生产技术的需求也十分迫切。

传统制备氧化石墨烯的方法有Hummer、Brodie、 Staudenmaier，通常将石墨或石墨烯作为制备原料，其中Brodie 和Staudenmaier两种方法，虽然氧化程度高，但使用的氧化剂KClO₃、发烟HNO₃在反应过程中存在不安全因素，还会产生ClO₂，NO₂，N₂O₄等有害气体。Hummers法是1957年，Hummers和Offeman开发的一种更安全、快速、有效的制备氧化石墨烯的方法，使用硫酸、硝酸钠和高锰酸钾的混合物处理石墨来先制备氧化石墨，然后再进行剥离制备氧化石墨烯。Hummers法现在仍被广泛使用，产物是具有高度完整的碳框架和最小残留杂质浓度的最大单层氧化石墨烯。

从氧化石墨剥离生成氧化石墨烯的方式目前普遍采用超声波处理，也有一些文献报道采用热剥离法。其中，超声剥离技术制备的产品纯度高、工艺简单，但不易于连续化规模生产；热剥离法包括直接升温、微波、闪光、激光、等离子体、电子束、电流等给予热能方式，其过程伴随含氧基团的脱除，即会发生还原过程，是制备石墨烯的一种有效方法，同时，热处理参数会使得功能型石墨烯氧含量、官能团、晶体结构、片层结构、比电容以及电导率产生不同变化，较难控制；热剥离温度一般高于200 ℃，而高于500 ℃后为了避免氧化石墨燃烧还需要惰性气体、还原气氛或真空来隔绝氧气，操作要求较高。因此，一种高效、操作简单、能实现连续规模化剥离氧化石墨生产氧化石墨烯的新方法具有良好的市场应用空间。

动态高压微射流处理技术(Dynamic high pressure microfluidization, DHPM)是集强烈剪切、高速撞击、压力瞬时释放、高频振荡、膨爆和气穴等一系列综合作用力于一体的新兴技术，可以同时完成输送、混合、超微粉碎、加压、膨化等多种单元操作。与传统高压均质技术相比，它具有如下特点：（1）可实现低温快速粉碎，因微射流在微孔流道内流速极快，多在300m/s以上，粉碎过程瞬间即可完成，因而粉碎过程的升温有限，特别有利于对热敏性物料的粉碎；（2）粉碎后颗粒粒径细小且分布均匀，由于100%的被粉碎物料都必须通过微孔流道进行处理，其间伴随强烈的高速湍流使物料受力大而均匀，粒径分布的离散度小；（3）物料经超细粉碎后，超细产品一般都可直接用于制剂生产，尤其适合珍贵稀少物料的粉碎；（4）工作稳定、使用寿命长，射流粉碎腔多采用金刚石或结构陶瓷制作而成，非常耐磨损、耐腐蚀，使用寿命长，且流道为固定几何形状，工作中起关键粉碎作用的部件不会发生任何变化，工作稳定。

目前，动态高压微射流技术主要应用于食品加工领域，主要包括超微化乳化均质、脂质体制备、灭菌及钝化酶和大分子改性四类，主要作用对象有蛋白质、脂质、膳食纤维和淀粉等物料，也有应用于医药、化工、生物及化妆品等领域，在化工领域，主要用于墨水、油墨、涂料的性能改进以及新燃料研制、无机颜料的破碎分散、各种乳化重合制品等，未见有报道称用于氧化石墨的剥离应用。