本发明属于碳材料技术领域，具体涉及一种利用焦油制备石墨烯的方法。
背景技术：
石墨烯是一种十分有应用前景的炭材料，是目前所知的最薄、强度最大的材料，具有优良的导电、导热能力和光学性能。目前石墨烯尚不能实现大规模低成本的工业化生产，其关键在于制备工艺及成本。石墨烯主要是由石墨或小分子烃类气体在高温等苛刻的条件下制备而成，成本较高，不适用于大批量生产。寻找廉价的碳源和较温和的制备条件，是促进石墨烯大规模低成本工业化生产的关键。
焦油是煤或生物质等固体燃料经热解或气化后得到的液态产物，价格低、获取途经简单，是一种常见的化工原材料。然而，由于焦油化学结构复杂、稳定性差、热值低，常规的直接燃烧、气化或提质等方法均存在相应的问题，因此，开发新的焦油利用工艺是极其必要的。
技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种利用焦油制备石墨烯的方法。该方法工艺简单、原材料简单易得，极大的降低了石墨烯的生产成本，且实现了焦油的高值化利用。
本发明所提供的技术方案如下：
一种利用焦油制备石墨烯的方法，包括以下步骤：
1)将焦油均匀的涂抹在镍箔表面得到样品，并将样品涂抹有焦油的一面朝上的放置于反应炉内；
2)将反应炉内填充满保护气体后密闭；
3)在保护气的气氛下将样品在反应炉内进行高温处理，高温处理完毕后冷却，得到石墨烯。
基于上述技术方案，可以通过焦油制备石墨烯，并且方法工艺简单、原材料简单易得。
具体的，步骤1)中，所述的焦油为由固体含碳燃料制备的焦油。
具体的，步骤1)中，所述的焦油为煤焦油、生物质焦油或污泥焦油。
优选的，步骤1)中，焦油涂抹的厚度不超过3mm。
上述技术方案中，焦油样品由煤、生物质等原料经热解或气化制得，焦油样品产量丰富、价格低廉，为石墨烯的生产提供了廉价、可持续、无污染的替代原料。
具体的，步骤2)中，所述的保护气为氮气、氦气或氩气。
上述技术方案中，反应炉内充满惰性气体，可避免镍箔的氧化失活，避免焦油样品的氧化，亦可避免反应过程中石墨烯前驱物的氧化，提高了石墨烯的产率及品质，也避免了镍箔的氧化失活。
具体的，步骤3)中，所述的高温处理为以不超过20℃/min的升温速率升温至不低于800℃的终温，并在终温下保持不低于3分钟。
上述技术方案中，较低的升温速率可提供较长的高温热处理过程，以保证更多的金属催化剂的颗粒参与石墨烯形成的过程，保证的石墨烯的产量及品质，在惰性气氛下自然冷却也避免的降温过程对石墨烯的损坏。
具体的，步骤3)中，冷却过程在保护气的气氛下自然冷却。
本发明提供的利用焦油制备石墨烯的方法与常规方法相比，此制备方法具有以下的有点：
1、碳源为焦油，廉价易得；
2、制备方法及反应炉简单，易于操作，便于大规模生产；
3、制备温度低，无需超高温的处理过程，耗能低。
附图说明
图1是本发明所提供的利用焦油制备石墨烯的方法的流程图。
图2是本发明实施例1得到的石墨烯样品的拉曼光谱图。
图3是本发明实施例1得到的石墨烯样品的原子力显微镜图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
利用焦油制备石墨烯的方法包括：
1)将1g煤焦油均匀的涂抹在镍箔表面得到样品，煤焦油涂抹的厚度为2mm，并将样品涂抹有焦油的一面朝上的放置于反应炉内；
2)将反应炉内填充满氮气后密闭；
3)在氮气的气氛下将样品在反应炉内进行高温处理，高温处理为以3℃/min的升温速率升温至800℃的终温，并在终温下保持3分钟，高温处理完毕后冷却，冷却过程在氮气的气氛下自然冷却，得到薄层状的目标产物，石墨烯的单位产率为9％。
通过下述方法对产物进行测定：
使用去离子水洗将产物中可溶性无机盐去除，再依次使用盐酸和氢氟酸依次清洗去除难溶无机盐杂质，得到石墨烯样品0.5g。
拉曼光谱图显示，该样品具有石墨烯材料特有的G峰、D峰和2D峰(图2)；
原子力显微镜对所制的样品形貌表征表明样品具有石墨烯的形貌，且产生了不同层数的石墨烯(图3)；
氮气吸附分析显示其比表面积为2420m2/g，说明产物有较大的比表面积。
实施例2
利用焦油制备石墨烯的方法包括：
1)将1g生物质焦油均匀的涂抹在镍箔表面得到样品，生物质焦油涂抹的厚度为2mm，并将样品涂抹有焦油的一面朝上的放置于反应炉内；
2)将反应炉内填充满氦气后密闭；
3)在氦气的气氛下将样品在反应炉内进行高温处理，高温处理为以5℃/min的升温速率升温至800℃的终温，并在终温下保持5分钟，高温处理完毕后冷却，冷却过程在氦气的气氛下自然冷却，得到薄层状的目标产物，石墨烯的单位产率为7％。
实施例3
利用焦油制备石墨烯的方法包括：
1)将1g污泥焦油均匀的涂抹在镍箔表面得到样品，污泥焦油涂抹的厚度为1.5mm，并将样品涂抹有焦油的一面朝上的放置于反应炉内；
2)将反应炉内填充满氩气后密闭；
3)在氩气的气氛下将样品在反应炉内进行高温处理，高温处理为以3℃/min的升温速率升温至800℃的终温，并在终温下保持3分钟，高温处理完毕后冷却，冷却过程在氩气的气氛下自然冷却，得到薄层状的目标产物，石墨烯的单位产率为5％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。