本发明涉及新材料领域，具体涉及石墨烯技术领域，更特别涉及一种工业化制备石墨烯的方法。
背景技术：
石墨烯是一种新型的平面二维碳材料，其具有独特的结构特征和优异的力学、电学、光学以及热学性质，在纳米电子器件、储能材料、催化、传感器、药物载体以及功能型复合材料等领域具有广泛的应用前景。此外，石墨烯在生物工程及医学领域，包括靶向药物输送、细胞成像、生物检测、肿瘤治疗等方面有着巨大的应用前景。然而，现有的石墨烯的制备技术及成本限制了石墨烯的应用和发展。
由于石墨烯的优良的理化性能，其在能源、化工、材料、生物技术、航天航空及电动汽车等领域有着极大的应用前景和需求，因此，开发一种成本低、产率高、无污染、可规模化生产的新的制备石墨烯方法成为石墨烯产业化的迫切需求。
技术实现要素：
为克服现有技术中的上述问题，本发明提供了一种石墨烯的制备方法。该方法成本低、分离效果好、环境友好、可大规模生产且所制备的石墨烯尺寸大，因而具有极其良好的应用前景。
本发明采用了以下的技术方案：
一种工业化制备石墨烯的方法，包括以下步骤：
将石墨和浓硫酸混合得到混合溶液，对所述混合溶液在在ar气保护下进行高能球磨，高能球磨过程中球磨机转速为1200转/分钟-1300转/分钟，球磨时间为30-48小时；
球磨完成后经分离、水洗、过滤、干燥得到石墨烯。
所述的石墨的质量和浓硫酸的重量体积比为1:50~1:500g/ml。
所述的浓硫酸的质量浓度为75%~98%。
所述石墨选自鳞片石墨、可膨胀石墨、或无烟煤经1200-1300℃烧结后的产物。
所述的混合溶液中还添加有质量浓度为30-45%的过氧化氢。过氧化氢的加入，能加快石墨烯球磨进程，缩短球磨时间至10-15小时，快速得到高质量的石墨烯。
分离后得到的石墨烯，硫酸可反复回用，节约了资源，石墨片也基本完全剥离为石墨烯。
本发明的方法制备的大尺寸石墨烯的粒径小于5μm，这种方法剥离制备的石墨烯，还能够实现大规模生产。在本发明中，按照一定的比例，称取高浓度的硫酸和石墨混合后进行球磨。硫酸作为石墨剥离的必须插层剂，通过长时间的硫酸浴高能球磨，天然石墨片得到有效的剥离。剥离后的石墨烯由于比重变轻，会浮在硫酸溶液的上层，收集上层浮出的石墨烯，加入蒸馏水进行洗涤，分离得不够完全的石墨烯，由于比重较重仍然会处于下方。高质量的石墨烯会漂浮于水面，通过洗涤分离，最终得到的上层石墨烯就是质量优良的石墨烯。剩余的未完全分离的石墨，可回用，进行再次超声分离，整个过程基本没有酸的大量排放，也没有由于引入氧化剂带来的废酸的产生，从而实现了一种高效、环保、大规模且无污染的大尺寸石墨烯制备方法。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种工业化制备石墨烯的方法，石墨与浓硫酸按照一定比例混合后，经球磨处理得到浮于上层的质量优良的石墨烯，未完全剥离的石墨沉于溶液下层，可回用以进一步球磨。该方法硫酸可反复回用，节约了资源，避免了废酸排放，环境友好。本发明的方法解决了现有石墨烯制备技术中存在的高成本、低效率、污染环境和不能工业化大规模生产的问题。此外，本发明提供了一种工业化制备石墨烯的新方法。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取10g鳞片石墨和1l质量浓度为80%的浓硫酸并混合形成混合溶液，其中石墨片的质量与浓硫酸的体积比1:100g/ml；
（2）将以上石墨和浓硫酸的混合溶液放入高能球磨机中，在转速为1200转/分钟，球磨时间为38小时；球磨完成后经分离、水洗、过滤、干燥得到石墨烯，得到石墨烯7.6g,石墨烯粒径小于4μm。分离的硫酸经收集后循环回用。
实施例2
石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取10g无烟煤经1200℃烧结后的产物和1l质量浓度为98%的浓硫酸并混合形成混合溶液，其中石墨片的质量与浓硫酸的体积比1:100g/ml；
（2）将以上石墨和浓硫酸的混合溶液放入高能球磨机中，在转速为1200转/分钟，球磨时间为38小时；球磨完成后经分离、水洗、过滤、干燥得到石墨烯，得到石墨烯8.2g,石墨烯粒径小于3μm。分离的硫酸经收集后循环回用。
实施例3
石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取10g无烟煤经1200℃烧结后的产物和1l质量浓度为70%的浓硫酸并混合形成混合溶液，其中石墨片的质量与浓硫酸的体积比1:100g/ml；
（2）将以上石墨和浓硫酸的混合溶液放入高能球磨机中，在转速为1200转/分钟，球磨时间为38小时；球磨完成后经分离、水洗、过滤、干燥得到石墨烯，得到石墨烯5.5g,石墨烯粒径小于8μm。分离的硫酸经收集后循环回用。
实施例4
石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取10g鳞片石墨和1l质量浓度为85%的浓硫酸并混合形成混合溶液，其中石墨片的质量与浓硫酸的体积比1:100g/ml；
（2）将以上石墨和浓硫酸的混合溶液放入高能球磨机中，在转速为1300转/分钟，球磨时间为45小时；球磨完成后经分离、水洗、过滤、干燥得到石墨烯，得到石墨烯8.8g,石墨烯粒径小于8μm。分离的硫酸经收集后循环回用。
实施例5
石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取10g鳞片石墨和1l质量浓度为85%的浓硫酸并混合形成混合溶液，其中石墨片的质量与浓硫酸的体积比1:100g/ml；
（2）将以上石墨和浓硫酸的混合溶液放入高能球磨机中,加入质量浓度为35%的过氧化氢，在转速为1300转/分钟，球磨时间为10小时；球磨完成后经分离、水洗、过滤、干燥得到石墨烯，得到石墨烯9.3g,石墨烯粒径小于3μm。分离的硫酸经收集后循环回用。
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将石墨和浓硫酸混合得到混合溶液，对所述混合溶液在在ar气保护下进行高能球磨，高能球磨过程中球磨机转速为1200转/分钟-1300转/分钟，球磨时间为30-48小时；
球磨完成后经分离、水洗、过滤、干燥得到石墨烯。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，石墨的质量和浓硫酸的重量体积比为1:50~1:500g/ml。
3.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，浓硫酸的质量浓度为75%~98%。
4.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述石墨选自鳞片石墨、可膨胀石墨、或无烟煤经1200-1300℃烧结后的产物。
5.根据权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的混合溶液中还添加有质量浓度为30-45%的过氧化氢。