石墨烯是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,具有优异的光学、电学、力学特性, 从材料学领域的高性能复合材料,到微纳加工的精细制造;从能源行业的新型电池与超级电容,再到生物医学的药物传递与诊断,石墨烯它的身影无处不在。在高频电子、环保、光电、聚合物、海水淡化、太阳能电池、燃料电池、催化剂以及建筑材料等领域,它也发挥着独特且重要的作用。在未来几年,“导电油墨”“防腐涂料”“散热材料”“锂电池”“超级电容” 等五大领域将成为石墨烯应用的主要阵地。
目前,石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、溶剂剥离法、化学气相沉积法、晶体外延生长法和氧化还原法等。机械剥离法和溶剂剥离法虽然能制备出高质量的石墨烯,但生产效率较低,难以满足大规模工业化生产需求;化学气相沉积法和晶体外延生长法虽能制备出特定结构和性能的石墨烯,却存在成本高、操作复杂的问题,且无法实现大面积生产。而氧化还原法因具有原料易得、可大规模制备等优势,成为目前应用较为广泛的方法。
氧化还原法以石墨、浓硫酸、高锰酸钾、双氧水为主要原料,通过一系列复杂的化学反应制得石墨烯。然而,在这一制备过程中,会残留硫酸、高锰酸钾、过锰酸钾、双氧水等成分,这些杂质不仅影响石墨烯的性能,还会导致石墨烯难以浓缩,因此,脱除这些杂质并实现石墨烯的浓缩成为全球范围内亟待攻克的技术难题。
国初科技(厦门)有限公司凭借多年在新型分离技术领域的深厚积累,成功将新型分离技术应用于石墨烯制备过程中的脱酸、除杂、纯化、浓缩环节,为这一难题提供了创新解决方案。
新型分离技术在制备高纯度石墨烯中的主要应用工艺:
该技术采用创新开发的离心膜技术,实现浓硫酸/盐酸的高效快速脱除。在脱酸的同时,能有效去除锰离子和钾离子,大幅提高石墨烯的纯度。通过加入纯水进行洗涤,可进一步去除残留杂质,获得高纯度的石墨烯溶液。离心膜技术不仅能实现脱酸,还能对脱酸后的石墨烯溶液进行有效浓缩,提升石墨烯的浓度,满足不同应用场景的需求。此外,国初科技的酸回收技术也发挥了重要作用,可有效回收利用洗脱过程中产生的废酸,既降低了生产成本,又减少了环境污染,实现了资源的循环利用。
目前,国初科技(厦门)有限公司持续致力于新型膜分离技术的应用推广,凭借在医药、化工、食品、饮料、石油、石化、核能等行业积累的丰富特种膜应用经验,可根据客户的工艺要求,深入研究开发适合其特定分离要求的技术与装备,助力更多行业实现技术升级与创新发展。