本發(fā)明屬于納米碳材料制備，具體涉及一種超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法。

背景技術(shù)：

1、超臨界流體通常是指溫度值、壓力值均超過臨界壓力和臨界溫度的流體。在這種超臨界狀態(tài)下，物質(zhì)會由于其特殊的變化，進(jìn)入特殊的狀態(tài)。這種狀態(tài)不同于常規(guī)的固、液、氣三相，具備了許多常規(guī)體系狀態(tài)下所不具備的獨特理化特性。常用來制備成超臨界流體的有二氧化碳、乙醇、丙烷等。其中二氧化碳(co2)化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定并且無色無味無毒，在其溫度高于臨界溫度tc＝31.26℃，壓力高于臨界壓力pc＝7.38mpa時，其物理性質(zhì)會發(fā)生顯著的變化，密度則幾乎是近于常規(guī)的液體，粘度上則幾乎近于常規(guī)的氣體，擴散與吸收的系數(shù)更是為常規(guī)的液體粘度的近100倍，具有著極為穩(wěn)定強大且持久高效的吸附及溶解能力。

2、炭微片作為獨特的碳納米材料，具有比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好、機械強度高、導(dǎo)電性好等特點，其應(yīng)用前景廣闊。可以通過炭粉在液相中超聲剝離的方式制備得到炭微片，剝離過程包括以下幾個過程：(1)將炭粉分散于溶劑中；(2)插層剝離；(3)分離提取。

3、中國專利cn101613098a公開了一種石墨烯的溶液相制備方法，包括如下步驟：1、石墨氧化；2、氧化石墨母液剝離；3、氧化石墨烯的還原，在氧化石墨烯膠體溶液中加入的聚合物表面活性劑作為穩(wěn)定劑和水合肼作為還原劑；該方法雖然能制備出面積較大的石墨烯，但在石墨片層上引入豐富的含氧官能團(tuán)，含氧官能團(tuán)可以通過還原去除，但留下形貌結(jié)構(gòu)等缺陷破壞了材料的電子性能，導(dǎo)致能其物理、化學(xué)等性性能較低?；瘜W(xué)氣相沉積法是利用不同碳前體在一定溫度下分解為小分子或原子，在催化基底上生成固體材料的工藝技術(shù)，能夠大批量制備單層或少層石墨烯，但工藝由于能耗大成本較高，未得到廣泛應(yīng)用。

4、中國專利cn102115078a公開了一種納米新材料技術(shù)領(lǐng)域的超臨界流體制備石墨烯的方法，通過將石墨粉分散液進(jìn)行多次重復(fù)的高溫高壓和冷卻的循環(huán)過程，實現(xiàn)石墨烯的制備；該方法通過將石墨粉和有機溶劑混合并加熱到200℃～700℃的高溫和10～100mpa的高壓，然后通過降溫和降壓的過程制備石墨烯，方法所需工藝條件苛刻，溫度高、壓力高，需要的溶劑為各種有機物有機溶劑毒性大，步驟復(fù)雜。

5、中國專利cn102515155a公開了一種超臨界二氧化碳剝離制備大尺度石墨烯的方法，采用超臨界co2為剝離劑，表面活性劑為分散劑，石墨粉和分散劑置于高壓釜內(nèi)，再通入co2，在超臨界的狀態(tài)下循環(huán)流動，之后快速降壓至常壓，重復(fù)上述過程，使物料經(jīng)歷多次升壓和降壓過程，通過控制升壓和降壓次數(shù)控制石墨烯層數(shù)，即制備得到大尺度石墨烯；該技術(shù)制備過程中co2循環(huán)次數(shù)多，效率低，制備的產(chǎn)品層數(shù)較多，效果有限。

6、中國專利cn110386597b公開了規(guī)?；a(chǎn)薄層石墨烯設(shè)備及規(guī)模化生產(chǎn)薄層石墨烯方法，設(shè)備包括氣流研磨系統(tǒng)、超臨界剝離系統(tǒng)和分級系統(tǒng)，方法包括：1、氣流研磨，2、超臨界剝離，3、分級得到薄層石墨烯；該技術(shù)增加了對原料預(yù)處理研磨，但增加了設(shè)備和工藝的復(fù)雜性。

7、現(xiàn)有超臨界流體剝離制備石墨產(chǎn)品的方法，適用于原料呈層狀結(jié)構(gòu)且相對規(guī)整的石墨原料，對于結(jié)構(gòu)規(guī)整度不高的原料適應(yīng)性存在局限，且剝離過程需要多次往復(fù)效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，該方法可以降低生產(chǎn)成本，同時可以靈活調(diào)控炭微片產(chǎn)品的尺度。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，包括：將炭粉和分散劑加入到高壓容器中，然后向高壓容器中通入he和co2的混合氣體，在he和co2的超臨界條件下對炭粉進(jìn)行預(yù)插層、剝離處理，然后泄壓，得到炭微片。

3、本發(fā)明所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，co2和he的體積比為10：1～10。

4、本發(fā)明所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，所述分散劑為十二烷基硫酸鈉和/或十二烷基苯磺酸鈉。

5、本發(fā)明所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，所述炭粉和分散劑的重量比為1:0.01～1:20。

6、本發(fā)明所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，所述高壓容器為釜式、罐式和塔式壓力容器中的一種。

7、本發(fā)明所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，所述he和co2的混合氣體對炭粉進(jìn)行處理時，高壓容器內(nèi)的溫度為40～100℃，壓力為10～20mpa。

8、本發(fā)明所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，所述he和co2的混合氣體對炭粉的處理時間為10～180分鐘。

9、本發(fā)明所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，進(jìn)行泄壓處理時，在0.5～5秒內(nèi)將壓力降至常壓，高壓容器內(nèi)物料隨泄壓氣流從高壓容器轉(zhuǎn)移至回收裝置內(nèi)，氣體揮發(fā)10～60分鐘得到炭微片。

10、本發(fā)明所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，所述炭粉為石油焦、炭黑、活性炭、人造石墨粉和天然石墨粉中的一種或幾種。

11、本發(fā)明所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，所述炭微片厚度為3-500納米，片徑尺寸為1-100微米。

12、本發(fā)明有益效果：

13、本發(fā)明利用了超臨界復(fù)合流體的溶解和擴散能力，使小分子的超臨界he先滲透到炭粉的層狀結(jié)構(gòu)當(dāng)中，利用了小分子擴散速度快，分子尺寸小，在減壓時汽化速度快，降低了石墨層與層之間的作用力。通過控制短時間降壓，使炭粉層與層分離，成為炭微片，同時分散劑原位吸附在炭粉表面，阻止了炭粉的聚集。該方法屬于物理過程剝離，處理條件溫和，不會破壞炭粉的結(jié)構(gòu)，且制備過程簡單高效。

技術(shù)特征：

1.一種超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，包括：將炭粉和分散劑加入到高壓容器中，然后向高壓容器中通入he和co2的混合氣體，在he和co2的超臨界條件下對炭粉進(jìn)行預(yù)插層、剝離處理，然后泄壓，得到炭微片。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，co2和he的體積比為10：1～10。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，所述分散劑為十二烷基硫酸鈉和/或十二烷基苯磺酸鈉。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，所述炭粉和分散劑的重量比為1:0.01～1:20。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，所述高壓容器為釜式、罐式和塔式壓力容器中的一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，所述he和co2的混合氣體對炭粉進(jìn)行處理時，高壓容器內(nèi)的溫度為40～100℃，壓力為10～20mpa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，所述he和co2的混合氣體對炭粉的處理時間為10～180分鐘。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，所述炭粉為石油焦、炭黑、人造石墨粉和天然石墨粉中的一種或幾種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，進(jìn)行泄壓處理時，在0.5～5秒內(nèi)將壓力降至常壓，高壓容器內(nèi)物料隨泄壓氣流從高壓容器轉(zhuǎn)移至回收裝置內(nèi)，氣體揮發(fā)10～60分鐘得到炭微片。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，其特征在于，所述炭微片厚度為3-500納米，片徑尺寸為1-100微米。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超臨界復(fù)合流體剝離制備炭微片的方法，包括：將粉狀炭源和分散劑加入到高壓釜中，然后向高壓釜中通入He和CO2的混合氣體，在He和CO2的超臨界條件下對炭粉進(jìn)行預(yù)插層、剝離處理，然后泄壓，得到炭微片。該方法可以降低生產(chǎn)成本，同時可以靈活調(diào)控炭微片產(chǎn)品的尺度。

技術(shù)研發(fā)人員：王路海,陳洪派,李永峰,楊行,劉銀東,祁傳磊,陳卓,楊旺,王麗濤,黃崇植
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油天然氣股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19