专利名称：一种可溶性氧化石墨粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化石墨粉体的制备方法，尤其是一种可溶性氧化石墨粉体的制备方法。
背景技术：
石墨烯是具有一个原子厚度的新型二维纳米材料，近年来倍受关注。据报道，其杨氏模量为1，100 GPa，断裂应力为125 GPa，导热系数为5，000 WnT1IT1,载荷子迁移率为200, 000 Cm2V4S'比表面积为2，630 Hi2g'因此其理论及其 实验结果都表明单层二维的石墨烯片是目前为止发现的力学强度最大的材料。此外，这类新型材料具有高的电导率、热导率、坚硬度和高的纵横比。因此，其在晶体管、超级电容器、增强材料等领域具有广泛的应用前景。而氧化石墨作为“氧化还原化学法”制备石墨烯的中间产物，已被广泛应用于制备廉价的石墨烯及功能化石墨烯。但是在氧化、水解后，采用传统干燥方法制备氧化石墨很难得到溶解性良好的粉末状固体，产物在水中或有机溶剂中的溶解性较差，给后续应用带来了困难。因此，需要设计一种制备可溶性氧化石墨粉体的方法。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种制备氧化石墨粉体的方法，以采用简便易行的方法获得在水和有机溶剂中的溶解性均比较好的氧化石墨粉体。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是一种可溶性氧化石墨粉体的制备方法，包括下列步骤
(1)采用硝酸钠、浓硫酸、强氧化剂作为插层氧化剂，对石墨粉进行处理，获得水溶性的氧化石墨；所述强氧化剂选自高锰酸钾和浓硝酸的混合物；
(2)将步骤(I)获得的氧化石墨用蒸馏水稀释，氧化石墨和蒸馏水的质量比为I : 100 I : 1000，先进行超声分散10 50分钟，再机械搅拌20 60分钟，得到均匀分散的氧化石墨水溶液；
(3)对步骤(2)稀释后的氧化石墨水溶液进行喷雾干燥，方法是，首先调节喷雾干燥机的进料口风温为140 200°C，蠕动泵流量为300 1000mL/h，风机频率为30 100Hz，用蒸馏水预先喷5 10分钟，然后再对氧化石墨水溶液进行喷雾干燥，得到氧化石墨颗粒，在此过程中对氧化石墨水溶液用机械搅拌持续进行搅拌；
(4)将步骤(3)得到的氧化石墨颗粒放入到真空干燥箱中，室温下干燥2 24小时，获得可溶性氧化石墨粉体。上文中，浓硫酸一方面作为溶剂，同时用于增加强氧化剂的氧化性。步骤(I)获得的氧化石墨尺寸一般大于2 ym，在进行步骤(2)之前，可以通过过滤、水洗使其质量纯度达到99%以上。步骤(4)通过真空干燥，进一步除去氧化石墨中的水。上述技术方案中，步骤(I)中，按质量比，石墨粉硝酸钠浓硫酸强氧化剂为I : (0.8 I. 2) (30 70) (3 10);反应体系中加入相当于石墨粉质量的100 300倍的水；反应结束后，产物过滤并用水洗至中性。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，氧化石墨与蒸馏水的最佳质量比为I : 500。上述技术方案中，最终产物可溶性氧化石墨粉体的粒径为0. I 2 ii m。最终产物可溶性氧化石墨粉体在水中的溶解度高于5 mg/mL ;在有机溶剂中的溶解度高于I mg/mL。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点
1.本发明利用喷雾干燥法制备氧化石墨粉体，方法简单易行，制备周期短，效率高；获得的可溶性氧化石墨粉体在水中和有机溶剂中的溶解性高，在水中溶解度大于5 mg/mL,在有机溶剂中溶解度大于I mg/mL ；
2.本方法粉末状的氧化石墨相对于其他氧化石墨更容易溶解在水中，同时粉体大小均匀，不含任何添加剂，纯度超过99% ；
3.本发明获得的氧化石墨粉体粒径小，比表面积大，更易参加化学反应。
附图I是本发明实施例一的工艺流程 附图2是本发明实施例一中制备氧化石墨的原料石墨粉的照片；
附图3是对比例一中水溶性氧化石墨用冷冻干燥法得到的海绵状样品照片；
附图4是对比例二中水溶性氧化石墨用真空干燥法得到的块状样品照片；
附图5是本发明实施例一中制备得到的氧化石墨粉体的照片；
附图6是本发明实施例一中制备的氧化石墨粉体溶解在水中的照片；
附图7是本发明实施例一中制备的氧化石墨粉体溶解在有机溶剂中的照片；
附图8是本发明实施例一中制备的氧化石墨粉体的紫外吸收谱 附图9是本发明实施例一中制备的氧化石墨粉体的拉曼光谱；
附图10是本发明实施例一中制备的氧化石墨粉体的红外光谱；
附图11是本发明实施例一中制备的氧化石墨粉体的X射线衍射图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
实施例一一种可溶性氧化石墨粉体的制备方法，其工艺参见附图I所示。具体操作如
下
预氧化处理将2. 5 kg石墨粉和2 kg NaNCV混合到500 L水和80 L浓硫酸中，用4.5kg KMnO4和浓硝酸氧化5天，产物过滤并用大量水冲洗得到氧化石墨；
二次氧化处理将其中200克氧化石墨与20千克蒸馏水混合，氧化石墨为不规则的块状固体，先用超声分散20分钟(超声频率为20KHz-30KHz，以下相同)，然后用机械搅拌器搅拌20分钟，得到氧化石墨水溶液。接下来用喷雾干燥机对氧化石墨水溶液进行喷雾干燥，干燥前先将喷雾干燥机的入口风温调节到160°C，风机频率调节到40Hz，蠕动泵量为400mL/h,整个过程中对氧化石墨水溶液仍需不断进行机械搅拌；将喷雾干燥后得到的氧化石墨粉体放入真空烘箱中，常温下真空干燥4个小时，即可获得目标产物氧化石墨粉体。
参见表1，是本发明实施例一中制备的氧化石墨粉体的元素分析数据；从表I可以看出，实施例一的产物与对比例一和对比例二相比在元素组成上没有明显差异，得到的是氧化程度较好的氧化石墨。表I.元素分析数据
权利要求
1.一种可溶性氧化石墨粉体的制备方法，其特征在于，包括下列步骤(1)采用硝酸钠、浓硫酸、强氧化剂作为插层氧化剂，对石墨粉进行处理，获得水溶性的氧化石墨；所述强氧化剂为高锰酸钾和浓硝酸的混合物；(2)将步骤(I)获得的氧化石墨用蒸馏水稀释，氧化石墨和蒸馏水的质量比为 I : 100 I : 1000，先进行超声分散10 50分钟，再机械搅拌20 60分钟，得到均匀分散的氧化石墨水溶液；(3)对步骤(2)稀释后的氧化石墨水溶液进行喷雾干燥，方法是，首先调节喷雾干燥机的进料口风温为140 200°C，蠕动泵流量为300 1000mL/h，风机频率为30 100Hz，用蒸馏水预先喷5 10分钟，然后再对氧化石墨水溶液进行喷雾干燥，得到氧化石墨颗粒，在此过程中对氧化石墨水溶液用机械搅拌持续进行搅拌；(4)将步骤(3)得到的氧化石墨颗粒放入到真空干燥箱中，室温下干燥2 24小时，获得可溶性氧化石墨粉体。
2.根据权利要求I所述的可溶性氧化石墨粉体的制备方法，其特征在于步骤(I)中， 按质量比，石墨粉硝酸钠浓硫酸强氧化剂为I : (0. 8 I. 2) (30 70) (3 10);反应体系中加入相当于石墨粉质量的100 300倍的水；反应结束后，产物过滤并用水洗至中性。
3.根据权利要求I所述的可溶性氧化石墨粉体的制备方法，其特征在于所述可溶性氧化石墨粉体的粒径为0. I 2 μ m。
4.根据权利要求I所述的可溶性氧化石墨粉体的制备方法，其特征在于所述的可溶性氧化石墨粉体在水中的溶解度高于5 mg/mL ;在有机溶剂中的溶解度高于lmg/mL。
5.根据权利要求I所述的可溶性氧化石墨粉体的制备方法，其特征在于所述步骤(2) 中，氧化石墨和蒸馏水的质量比为I : 500。
全文摘要
本发明公开了一种可溶性氧化石墨粉体的制备方法，包括(1)采用强氧化剂氧化方法制备可溶性氧化石墨；(2)用蒸馏水稀释至1∶100～1∶1000，先超声分散10～50分钟，再机械搅拌20～60分钟；(3)进行喷雾干燥，首先调节喷雾干燥机的进料口风温为140～200℃，蠕动泵流量为300～1000mL/h，风机频率为30～100Hz，用蒸馏水预先喷5～10分钟，再对氧化石墨水溶液进行喷雾干燥，得到氧化石墨颗粒；(4)室温真空干燥2～24小时，获得可溶性氧化石墨粉体。本发明简单易行，制备周期短，效率高，得到的粉末状的氧化石墨相对于其他氧化石墨更容易溶解在水和有机溶剂中，同时粉体大小均匀。
文档编号C01B31/04GK102701197SQ20121021542
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者屠迎锋, 朱秀林, 李耀文, 杨晓明, 郭承鑫, 高凌锋 申请人:苏州大学