在吹掃二氧化氯的同時制備氧化石墨的方法技術

本發明專利技術涉及在吹掃二氧化氯的同時制備氧化石墨的方法。本發明專利技術的方法使用包括硫酸、硝酸、氯酸鹽和石墨的原料，并且還使用惰性吹掃氣體。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及。本專利技術的方法使用包括硫酸、硝酸、氯酸鹽和石墨的原料，并且還使用非反應性吹掃氣體。
技術介紹
氧化石墨是一類插入的層狀材料，其通過使用氧化劑例如氯酸鹽或高錳酸鹽氧化石墨而制備。氧化石墨尤其是可以在包括石墨烯的層離石墨的制備中用作中間體。如本文中后面所示例的，一種制備層離石墨的方法是將氧化石墨快速地加熱至高溫。層離石墨，也稱為膨脹石墨，通常是布魯厄-埃米特-特勒(BET)表面積大于石墨的BET表面積，但是小于單個石墨烯片的BET理論表面積(S卩，小于沈30平方米/克(m2/g)) 的層離或部分分層的石墨。常規的層離石墨的BET表面積通常地在約15m2/g至約150m2/g 之間，這取決于平均粒度。層離石墨可用于各種用途，包括例如用于形成復合材料如聚合物復合材料，并且層離石墨的BET表面積越高，它在這樣的復合材料中就越有用。很久以來就已知的氯酸鹽基石墨氧化反應方法的一個缺點是產生危害的二氧化氯(αο2)氣體，其被認為是與石墨至氧化石墨的有效氧化相關。但是，在反應中，Cio2氣體的濃度常常在反應容器頂部空間中積累至爆炸濃度(即，10%以上，例如50%)。為了最小化這樣的危害，在這樣的方法中的反應混合物的溫度通常被保持在約ο攝氏度(°c)至 5°C，但是該溫度降低氯酸鹽的溶解性和反應性，并且在加入氯酸鹽之后，當加熱或允許反應混合物達到更高的溫度(通常為環境溫度，即，約25°c)時，還可能增加反應容器的頂部空間中二氧化氯氣體的濃度。在本領域中需要消除這樣的危害而不降低所制備的氧化石墨的質量的石墨氧化方法。專利技術簡述在第一實施方案中，本專利技術提供在容納有二氧化氯的反應容器中，在從反應容器的頂部空間吹掃二氧化氯的同時制備(例如生產)氧化石墨的方法。所述方法包括以下步驟(a)提供流量可調節的吹掃氣源和反應容器，所述反應容器限定吹掃氣體入口和吹掃氣體出口，其中反應容器包括頂部空間并容納反應混合物，所述反應混合物包含以下原料硫酸、硝酸、第一量的氯酸鹽和石墨，其中所述反應混合物與反應容器的頂部空間流體相通，并且所述流量可調節的吹掃氣源與反應容器的吹掃氣體入口、頂部空間和吹掃氣體出口依次流體相通；(b)使所述反應混合物在反應運行溫度反應一定的反應運行時間，以形成氧化石墨和二氧化氯氣體，并且使部分二氧化氯氣體遷移到所述頂部空間中；(C)通過依次使吹掃氣體以可調節流量從流量可調節的吹掃氣體源經由吹掃氣體入口流入反應容器的頂部空間，并且經由吹掃氣體出口從反應容器流出，用吹掃氣體將至少部分ClO2氣體從頂部空間吹掃并且經由吹掃氣體出口從反應容器出來；和(d)從反應混合物分離氧化石墨以得到分離的氧化石墨。專利技術詳述如本文中使用的，“一個〃、“一種〃、“所述〃、“至少一種〃和〃 一種或多種"可以交換使用。在本文所述的本專利技術的任何實施方案中，開放式術語“包括”、“包含”等(其是“包括”、“具有”和“其特征是”的同義詞)可以被各個半封閉式短語“基本上4由.....組成”，“基本上由....構成”等代替，或可以被各個封閉式短語“由.....組成”， “由....構成”等代替。在本申請中，當涉及前述要素(例如成分)的列舉時，短語“其混合物”、“其組合”等是指所列舉的要素中的任意兩個以上，包括全部。除非另外聲明，否則在成員的列舉中使用的術語“或”是指單獨以及以任何組合形式列舉的成員。對于允許通過引用結合主題內容的美國專利實踐和其它專利實踐，除非另外指出，在本專利技術的專利技術詳述中引用的每一個美國專利、美國專利申請、美國專利申請公布、PCT 國際專利申請及其WO公布等價物的全部內容通過引用結合在此。在本說明書中的撰寫內容和通過引用結合的專利、專利申請或專利申請公布或其部分的內容之間存在抵觸的情況下，以本說明書的內容為準。在本申請中，標題(例如，“定義”)是為了方便而使用的，并且不意味著且不應當用于以任何方式限制本公開的范圍。在本申請中，數值范圍的任何下限或該范圍的任何優選下限可以與該范圍的任何上限或該范圍的任何優選上限結合，以限定該范圍的優選實施方案。每一個數值范圍包括在該范圍內涵蓋的所有數值，有理數和無理數都包括(例如，約1至約5的范圍包括例如， 1,1. 5,2,2. 75,3,3. 80，4 和 5)。在化合物名稱及其結構之間存在抵觸的情況下，以結構為準。在未用括號敘述的單位值例如2英寸和在括號內敘述的相應單位值例如(5厘米) 之間存在抵觸的情況下，以未用括號敘述的單位值為準。定義術語“流量可調節的吹掃氣體源”是指吹掃氣體(稍后描述)的容器，該容器裝配有任何常規的機械裝置，即，閥門，其用于關閉、啟動和調節(即調整)來自容器的吹掃氣體流。帶閥門的容器的實例是適用于容納加壓吹掃氣體的帶閥門氣瓶或罐。在一些實施方案中，帶閥門氣瓶或罐與反應容器通過帶閥門的實驗室或工廠吹掃氣體管線流體相通。氣體管線(例如，管道，管和管道系統)任選地可以裝配有一個或多個壓力調節器，逆流閥門，活板門(traps)、泄壓閥、干燥管和其它適用于氣體管線的常規機械裝置。當提到化合物(例如，氯酸鈉)時，術語“水性”和“水溶液”同義，是指包含溶解在水中的化合物的溶液。術語“布魯厄-埃米特-特勒表面積”和“BET表面積”同義，并且是使用以下方法測量的Ρ/Ρο比率為0. 3的在氦氣中的30%氮氣在液氮溫度吸附到測試樣品上。在該方法中，使用的是具有進行測量的測量位置的Quantachrome Monosorb BET表面積分析儀 (Quantachrome Instruments, Boynton Beach，佛羅里達，美國)。將測試樣品(例如,層離石墨如高度層離的石墨和石墨烯)裝載到配衡試管中，并且將測試樣品在200°C和大氣壓脫氣10分鐘。將試管置于分析儀的測量位置并且將其吹掃10分鐘。使氮氣/氦氣在液氮溫度吸附，然后在室溫脫附，以得到脫附信號。以平方米(m2)記錄信號讀數。從分析儀中移除樣品并且測定其最終樣品質量。將積分的脫附信號除以最終樣品質量以得到以m2/g計的 BET表面積。使用兩個另外的測試樣品進行重復。取3次試驗的BET表面積的平均值以確定最終的BET表面積。術語“氯酸鹽”是指這樣的無機離子物質，其包含陰離子ClO3-和一種或多種無機陽離子，其中選擇無機陽離子使得該物質總體上為中性。術語“層離的”是指部分分層的，完全分層的，并且優選它們的組合，例如，石墨烯可以通過使石墨完全分層而制備，并且平均堆積層數> 1至10層的高度層離的石墨可以通過使石墨部分地分層而制備。術語“層離石墨”是指通過使氧化石墨或石墨插層化合物層離而得到的任何碳材料。術語“高度層離的石墨”是指通過使氧化石墨層離而得到并且具有200m2/g至1500m2/ g的BET表面積的碳材料。術語“石墨”是指基本上由具有通過X射線衍射測定的特征晶體結構的結晶碳組成的固體粒子。術語“氧化石墨”和插層的氧化石墨”同義，是指通過氧化石墨得到并且包含碳原子和氧原子的碳材料，其中大部分(如果不是全部的話)的氧原子共價結合到部分碳原子上。優選地，氧化石墨基本上由元素碳和氧組成。將所述碳材料從含有它的反應混合物分離(例如，通過過濾或離心)，得到“分離的氧化石墨”的形式。優選地，通過用溶劑，優選用水(例如，自來水，去本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種在吹掃二氧化氯的同時制備氧化石墨的方法，所述方法包括以下步驟：（ａ）提供流量可調節的吹掃氣源和反應容器，所述反應容器限定吹掃氣體入口和吹掃氣體出口，其中所述反應容器包括頂部空間并且容納反應混合物，所述反應混合物包含以下原料：硫酸、硝酸、第一量的氯酸鹽和石墨，其中所述反應混合物與所述反應容器的所述頂部空間流體相通，并且所述流量可調節的吹掃氣源與所述反應容器的所述吹掃氣體入口、頂部空間和吹掃氣體出口依次流體相通；（ｂ）使所述反應混合物在反應運行溫度反應一定的反應運行時間，以形成氧化石墨和二氧化氯氣體，并且使部分二氧化氯氣體遷移到所述反應容器的所述頂部空間中；（ｃ）通過依次使吹掃氣體以可調節流量從所述流量可調節的吹掃氣體源經由所述吹掃氣體入口流入所述反應容器的所述頂部空間，并且經由所述吹掃氣體出口從所述反應容器流出，用所述吹掃氣體將至少部分二氧化氯氣體從所述頂部空間吹掃，并且經由所述吹掃氣體出口從所述反應容器出來；和（ｄ）從所述反應混合物分離所述氧化石墨以得到分離的氧化石墨。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邁克爾·S·帕克特，
申請(專利權)人：陶氏環球技術有限責任公司，
類型：發明
國別省市：US