一种石墨插层化合物的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨插层化合物的制造方法，该方法采用去离子水作为插层剂，对鳞片石墨进行插层；鳞片石墨的颗粒度为100?200微米。用该方法所得到的石墨插层化合物中，石墨层间距可达到0.62nm?1.13nm，有利于后续石墨稀的剥离。
【专利说明】
一种石墨插层化合物的制造方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种石墨插层化合物的制造方法，属新型碳材料制造技术领域。
【背景技术】
[0002]石墨烯是只有一层碳原子厚的新型碳材料，具有广泛的应用前景。制造石墨烯的原料是鳞片石墨，石墨是由单层的石墨烯堆叠而成，层间距约为0.335nm，层与层之间由于范德华力的作用而呈叠层状态。制造石墨烯时常用化学插层氧化法，即用硫酸、硝酸、高氯酸等强酸与高锰酸钾、硝酸钠、双氧水、高氯酸钾等强氧化剂混合作为插层剂，氧化剂，制备成氧化石墨后，再经高温剥离，超声剥离，得单层或寡层氧化石墨烯。氧化石墨烯经硼氢化钠，水合肼类强还原剂处理得石墨烯。
[0003]用强酸和强氧化剂插层石墨时，由于石墨层间距只有0.335mm。石墨本身又具疏水性，强酸进入石墨层间的扩散速度很长，扩散很慢，其反应时间需数十小时到3-4天不等。由于硫酸等强酸的表面胀力及石墨层间杂离子的干扰，插层剂不能插入到石墨层中心，当热剥离或超声剥离时，由于插层剂没有完全将全部石墨层间距撬开，层间的范德华力还很强，所以剥离困难，剥离效率极低。有些实验中剥离效果只能达到几个毫克/升。用这种方法实现石墨烯的工业化生产几乎是不可能的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种石墨插层化合物的制造方法，该方法可用水做插层剂做石墨插层化合物，具体是采用去离子水作为插层剂，对鳞片石墨进行插层;鳞片石墨的颗粒度为100-200微米。
[0005]进一步，采用去离子水对鳞片石墨进行插层时，鳞片石墨浸泡在去离子水中，浸泡时间与浸泡温度的关系为:H= 17.5-0.1785T，上述H为浸泡时间；T为浸泡温度，T取值范围为15-99°C;达到浸泡时间后，过滤并离心脱水，将得到的鳞片石墨烘干，制得以水为插层剂的石墨插层化合物。采用上述公式计算得到的浸泡时间为最短时间，为取得更好的效果，可适当延长浸泡时间。上述温度T的取值范围优选为78-99°C;进一步优选为95-99°C。
[0006]上述鳞片石墨优选在80-200°C下进行烘干，以使鳞片石墨中的水分能够控制在一定范围内，以利于在用硫酸、高锰酸钾等插层剂、氧化剂制备石墨稀时，硫酸和高锰酸钾等插层剂、氧化剂能够顺利地进入到鳞片石墨的片层中。
[0007]进一步，鳞片石墨的含碳量彡99质量％。
[0008]水是最环保、最廉价的插层剂，当鳞片石墨进入水中后，在一定温度条件下可插入石墨层间；由于石墨烯的导热性很好，当水分子插入石墨层间后，在一定温度下反应可破坏石墨层间的范德华力，扩大石墨层的间距。
[0009]水插层后石墨层间距可扩大到0.62nm-l.13nm。层间距越大范德华结合力越小，越容易剥离石墨烯。
[0010]采用本发明对鳞片石墨进行处理后，由于水分子的存在，当继续用硫酸、高锰酸钾等插层剂、氧化剂制备石墨稀时，硫酸和尚猛酸钟更易插入到石墨层间，极大的加快了插层的反应时间。水插层后，石墨层间距扩大2-3倍，插层阻力减小更有利于硫酸等插层剂、氧化剂快速插入层间，缩短后续酸插层氧化时间10-20倍，仅0.5-1.0h即可。水插层后，为石墨烯制造的后续工序提供了良好的通道，可极大的缩短插层反应时间，提高化学剥离、高温剥离、超声剥离石墨烯的效率3-10倍，使石墨烯剥离浓度由几十毫克/升提高到几百毫克-几千毫克/升。
【具体实施方式】
[0011]实施例1
[0012]取含碳量彡99质量％、颗粒度为150-200微米的石墨300kg，加去离子水700kg，置水泥池中，在15°C下浸泡15.1-16天;然后过滤并离心脱水，在180-200 V下干燥除去多余水分，重量法检测出石墨层间的含水率，达到后续工艺要求后即为水插层石墨。在本实施例中，可将石墨层间距扩大到0.62_0.70nmo
[0013]以本实施例所制作的水插层石墨为原料，用硫酸和高锰酸钾为插层剂进行石墨稀的制作，仅需要I小时即可进行石墨粉滤出，进行石墨稀的剥离，石墨稀溶液中的浓度可达至IJ300-400毫克/升。
[0014]实施例2
[0015]取含碳量彡99质量％、颗粒度为100-200微米的石墨300kg，加去离子水700kg，置水泥池中，在25°C下浸泡13-15天;然后过滤并离心脱水，在80-85°C下干燥除去多余水分，重量法检测出石墨层间的含水率，达到后续工艺要求后即为水插层石墨。在本实施例中，可将石墨层间距扩大到0.65_0.85nm。
[0016]以本实施例所制作的水插层石墨为原料，用硫酸和高锰酸钾为插层剂进行石墨稀的制作，仅需要0.7小时即可进行石墨粉滤出，进行石墨稀的剥离，石墨稀溶液中的浓度可达到900-1100毫克/升。
[0017]实施例3
[0018]取含碳量彡99质量％、颗粒度为100-200微米的石墨150kg，加去离子水850kg，置搪瓷反应釜中，加热浸煮，当水温达到95°C-99°C时，恒温反应2-6小时后，冷却、过滤、离心脱水，80°C_85°C烘干除去多余水分，本实施例可将石墨层间距扩大到0.82-1.13nm。
[0019]以本实施例所制作的水插层石墨为原料，用硫酸和高锰酸钾为插层剂进行石墨稀的制作，仅需要0.5小时即可进行石墨粉滤出，进行石墨稀的剥离，石墨稀溶液中的浓度可达到1500-2000毫克/升。
【主权项】
1.一种石墨插层化合物的制造方法，其特征在于，采用去离子水作为插层剂，对鳞片石墨进行插层;鳞片石墨的颗粒度为100-200微米。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，采用去离子水对鳞片石墨进行插层时，鳞片石墨浸泡在去离子水中，浸泡时间与浸泡温度的关系为: Η=17.75-0.1785Τ， 上述H为浸泡时间;T为浸泡温度，T取值范围为15-99°C ； 达到浸泡时间后，过滤并离心脱水，将得到的鳞片石墨烘干，制得以水为插层剂的石墨插层化合物。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，T取值范围为78-990C。4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，T取值范围为95-990C。5.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，鳞片石墨在80-2000C下进行烘干。6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，鳞片石墨的含碳量多99质量％。
【文档编号】C01B31/04GK106082182SQ201610393192
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月6日 公开号201610393192.6, CN 106082182 A, CN 106082182A, CN 201610393192, CN-A-106082182, CN106082182 A, CN106082182A, CN201610393192, CN201610393192.6
【发明人】仲伟德, 吴海, 吴杰
【申请人】南通伟德动力电池研究所（普通合伙）