親水、親油氧化石墨
一、 項(xiàng)目簡(jiǎn)介石墨是典型的層狀結(jié)構(gòu)材料,具有良好的導(dǎo)電性,潤(rùn)滑性,化學(xué)穩(wěn)定性。被廣泛用于冶金、電氣、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。直接使用卻具有密度大,分散度差等缺點(diǎn)。 石墨烯是碳原子緊密堆積成的單層蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料,是一種二維晶體,是構(gòu)建其他維數(shù)碳質(zhì)材料(如零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨)的基本單元。其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石墨材料。石墨烯的理論研究已有 60 多年的歷史,但一直以來,人們普遍認(rèn)為這種嚴(yán)格的二維晶體結(jié)構(gòu)由于熱力學(xué)不穩(wěn)定性而難以獨(dú)立穩(wěn)定存在。直到 2004 年,英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的研究組利用膠帶剝離高定向石墨的方法獲得了獨(dú)立存在的二維石墨烯晶體,為二維體系的實(shí)驗(yàn)研究提供了廣闊的空間。目前石墨烯的制備方法有微機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、外延生長(zhǎng)法、電化學(xué)法、氧化石墨還原法等,其中機(jī)械剝離法得到的石墨烯片量少,隨機(jī)性大;CVD方法和外延生長(zhǎng)法大多以SiC作為基底,成本高,可控性差;電化學(xué)方法的得到的石墨烯量較少,不易控制。氧化石墨還原法是通過在石墨表面引入含氧官能團(tuán),增大層間距,從而減小層之間的范德華力,然后通過超聲等方法改變其雜化狀態(tài),再通過還原得到石墨烯。氧化石墨還原法以其低成本的優(yōu)點(diǎn)成為目前使用最廣泛的方法之一,本發(fā)明涉及一種采用溶劑熱法在低溫下制備氧化石墨烯的方法,屬于功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域。二、 項(xiàng)目技術(shù)成熟程度目前氧化石墨烯的制備方法主要是Hummers方法。該方法在敞開體系中,需要在制備氧化石墨烯的過程中采用先降溫,再分兩步升溫的三步法, 以及冷凝回流等輔助設(shè)備,過程中需要精確控制反應(yīng)溫度且溫度高達(dá)98 °C,制備出來的氧化石墨烯還需要長(zhǎng)時(shí)間超聲,步驟繁瑣,產(chǎn)物的濃度較低,不適合大量生產(chǎn)。本項(xiàng)目采用溶劑熱法在低溫下制備氧化石墨烯,減少了氧化劑的用量和生產(chǎn)時(shí)間。氧化石墨可以通過處理得到具有不同分散特性的母液。也可以直接進(jìn)行還原,得到石墨烯。而且樣品在不干燥的條件下極易溶于水等溶劑,產(chǎn)量較大,大大減少了超聲的時(shí)間。三、 技術(shù)指標(biāo)(包括鑒定、知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利、獲獎(jiǎng)等情況)該項(xiàng)目已經(jīng)申請(qǐng)中國(guó)專利并于2013年獲得授權(quán) (ZL201110414315.7),與該項(xiàng)目相關(guān)的工作也在國(guó)際期刊上進(jìn)行了發(fā)表,但是仍有很多問題一直困擾商業(yè)化進(jìn)程。我們實(shí)驗(yàn)室也一直在圍繞各種問題開展工作。四、 市場(chǎng)前景(應(yīng)用領(lǐng)域、市場(chǎng)分析等)石墨烯的水熱前驅(qū)體為氧化石墨,具有完全拉伸的層間距和外層表面富氧官能團(tuán),因此可以根據(jù)需求進(jìn)行各種定向修飾,從而實(shí)現(xiàn)其親水、親油、高分散度、高電導(dǎo)率等特性,作為添加劑可以有效改善化工、冶金、電氣工業(yè)材料的性能,從而實(shí)現(xiàn)高回報(bào)率。五、 規(guī)模與投資需求(資金需求、場(chǎng)地規(guī)模、人員等需求)以石墨為原料,首先需要制備石墨烯的前驅(qū)體氧化石墨,再經(jīng)后處理過程獲得各種性能石墨烯材料。由于后處理過程相對(duì)繁瑣, 耗時(shí)耗力,其資金投入完全取決于后處理工藝的優(yōu)化情況。前期投入100萬(wàn)元,其中包括設(shè)備費(fèi)40萬(wàn), 原料費(fèi)10萬(wàn), 占地100平米,人員5-10人,完全可以達(dá)到每天生產(chǎn)1公斤石墨烯產(chǎn)品。六、 生產(chǎn)設(shè)備玻璃器皿,反應(yīng)釜, 超純水裝置,烘箱,超聲波設(shè)備,電動(dòng)攪拌器,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,離心機(jī)等基本設(shè)施。七、 效益分析功能化石墨烯是高附加值產(chǎn)品,目前市場(chǎng)上以克為單價(jià)銷售,價(jià)格在500元左右。以每日1公斤生產(chǎn)量計(jì)算,每天銷售額會(huì)達(dá)到50萬(wàn)元。八、 合作方式多種方式可以選擇,主要是河北工業(yè)大學(xué)負(fù)責(zé)產(chǎn)品研發(fā)升級(jí),企業(yè)一方負(fù)責(zé)生產(chǎn)與銷售。九、 項(xiàng)目具體聯(lián)系人及聯(lián)系方式(包括電子郵箱)項(xiàng)目聯(lián)系人: 任鐵真電話: 022 60204909郵箱: [email protected]
河北工業(yè)大學(xué)
2021-04-13