本文關(guān)鍵詞：環(huán)境友好制備石墨烯工藝及概念設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：石墨烯是由單層sp2雜化碳原子構(gòu)成的二維蜂窩狀品格結(jié)構(gòu)材料。由于它具有極高的電子遷移率、極好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和良好的柔韌性,因此在化學(xué)、物理、材料、電子等各個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。越來(lái)越多的科研工作者致力于石墨烯的制備及其性能的開(kāi)發(fā)。傳統(tǒng)的化學(xué)氧化還原法所采用的還原劑大多具有毒性且后續(xù)處理成本較高,所以尋找一種新的綠色還原劑來(lái)制備石墨烯是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題�；趯�(duì)上述問(wèn)題的考慮,本文的主要研究的內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)本文通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)的Hummers法來(lái)制備氧化石墨,考察了預(yù)氧化、低溫反應(yīng)時(shí)間、氧化劑用量以及加水方式等工藝因素對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和產(chǎn)物氧化程度的影響。通過(guò)電阻測(cè)定配合XRD的表征手段,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了成功的量化,探討了各因素在氧化石墨制備過(guò)程中的影響。結(jié)果表明：預(yù)氧化過(guò)程只是硫酸插層的過(guò)程,石墨并沒(méi)有被氧化。在一定范圍內(nèi),低溫反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng),氧化劑用量越多,所制備的氧化石墨的氧化程度越高,而在不超過(guò)100℃下加水方式對(duì)氧化程度并沒(méi)有影響。氧化石墨的氧化程度較好的工藝條件為：首先進(jìn)行預(yù)氧化,低溫反應(yīng)3小時(shí),氧化劑的質(zhì)量是石墨的3.5倍,高溫階段采用連續(xù)性加水,溫度控制在100℃以?xún)?nèi)。(2)通過(guò)對(duì)綠色還原劑的篩選,決定采用維生素C對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原,并研究了其還原氧化石墨烯的機(jī)理。研究結(jié)果表明：從氧化石墨烯到石墨烯的還原過(guò)程中顏色會(huì)發(fā)生明顯的變化。通過(guò)拉曼表征后發(fā)現(xiàn),還原所得的石墨烯的D/G值(即拉曼光譜D峰與G峰強(qiáng)度之比)明顯高于氧化石墨烯的D/G值,說(shuō)明氧化石墨烯中部分sp3雜化的碳原子被還原成sp2雜化的碳原子。通過(guò)紅外光譜也可以看出,還原后石墨烯含氧基團(tuán)的吸收峰明顯變小,也證明了氧化石墨烯的還原。(3)石墨烯作為新型的工程材料具有極大的應(yīng)用前景,因此如何批量、可控、方便地制備出高質(zhì)量石墨烯是發(fā)展研究和應(yīng)用的關(guān)鍵所在,也是研究者們一直研究與探索的重點(diǎn)。利用上述制備最佳工藝及其它文獻(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)石墨烯生產(chǎn)工藝進(jìn)行概念設(shè)計(jì),為該工藝工業(yè)化提供有價(jià)值的信息。
【關(guān)鍵詞】：氧化石墨 氧化石墨烯 石墨烯 環(huán)境友好 維生素C
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 緒論12-14
• 1 文獻(xiàn)綜述14-36
• 1.1 氧化石墨概述14-18
• 1.1.1 石墨插層化合物14-16
• 1.1.1.1 Accepter型石墨插層化合物15-16
• 1.1.1.2 Donor型石墨插層化合物16
• 1.1.2 氧化石墨的制備16-17
• 1.1.3 氧化石墨的結(jié)構(gòu)17-18
• 1.2 氧化石墨烯概述18-20
• 1.2.1 氧化石墨烯的性質(zhì)和制備18-19
• 1.2.2 氧化石墨烯的應(yīng)用19-20
• 1.2.2.1 聚合物復(fù)合材料的制備19
• 1.2.2.2 作為增聚劑19-20
• 1.2.2.3 檢測(cè)生物分子20
• 1.3 石墨烯概述20-32
• 1.3.1 石墨烯的制備20-26
• 1.3.1.1 機(jī)械剝離法21-22
• 1.3.1.2 化學(xué)氣相沉積法22
• 1.3.1.3 外延生長(zhǎng)法22-23
• 1.3.1.4 電化學(xué)法23
• 1.3.1.5 氧化石墨烯還原法23-25
• 1.3.1.6 縱向切割碳納米管25-26
• 1.3.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)26
• 1.3.3 石墨烯的性質(zhì)26-29
• 1.3.3.1 光學(xué)性能27
• 1.3.3.2 力學(xué)性能27-28
• 1.3.3.3 熱學(xué)性能28
• 1.3.3.4 磁學(xué)性能28-29
• 1.3.4 石墨烯的應(yīng)用29-32
• 1.3.4.1 復(fù)合材料29-30
• 1.3.4.2 電池30-31
• 1.3.4.3 透明電導(dǎo)設(shè)備31
• 1.3.4.4 傳感器31-32
• 1.3.4.5 生物應(yīng)用32
• 1.4 化工過(guò)程中的概念設(shè)計(jì)32-34
• 1.4.1 概念設(shè)計(jì)的重要性33
• 1.4.2 概念設(shè)計(jì)的衡量標(biāo)準(zhǔn)和考慮因素33-34
• 1.4.3 概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容34
• 1.5 論文研究思路及研究?jī)?nèi)容34-36
• 2 氧化石墨的制備及其工藝條件的研究36-48
• 2.1 氧化石墨的制備36-38
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料和儀器36-37
• 2.1.2 預(yù)氧化石墨的制備37
• 2.1.3 氧化石墨的制備37-38
• 2.2 氧化石墨氧化程度影響因素選取38-39
• 2.2.1 預(yù)氧化的影響38
• 2.2.2 低溫反應(yīng)時(shí)間的影響38
• 2.2.3 氧化劑用量的影響38-39
• 2.2.4 加水方式的影響39
• 2.3 表征方法39-42
• 2.3.1 XRD表征39
• 2.3.2 電阻測(cè)試39-41
• 2.3.3 電阻數(shù)據(jù)的處理41-42
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論42-46
• 2.4.1 預(yù)氧化的影響42-43
• 2.4.2 低溫反應(yīng)時(shí)間的影響43-45
• 2.4.3 氧化劑的用量45-46
• 2.4.4 加水方式的影響46
• 2.5 小結(jié)46-48
• 3 環(huán)境友好制備石墨烯研究48-60
• 3.1 氧化石墨烯的制備48
• 3.2 石墨烯的環(huán)境友好制備48-53
• 3.2.1 綠色還原劑的選擇48-50
• 3.2.2 VC還原氧化石墨烯50-53
• 3.2.2.1 VC的還原機(jī)理50-52
• 3.2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法52
• 3.2.2.3 分離方法的選擇52-53
• 3.3 石墨烯的表征53-55
• 3.3.1 拉曼光譜表征53-54
• 3.3.2 紅外光譜表征54
• 3.3.3 X射線衍射分析(XRD)54-55
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-59
• 3.4.1 還原劑的篩選55-56
• 3.4.2 VC還原氧化石墨烯56-57
• 3.4.2.1 直接VC還原56-57
• 3.4.2.2 檸檬汁還原57
• 3.4.3 拉曼光譜分析57-58
• 3.4.4 紅外光譜分析58-59
• 3.5 小結(jié)59-60
• 4 石墨烯生產(chǎn)工藝概念設(shè)計(jì)研究60-65
• 4.1 概念設(shè)計(jì)在化工設(shè)計(jì)中的地位60-61
• 4.2 石墨烯工藝技術(shù)方案的選擇61
• 4.3 工藝生產(chǎn)方法61-62
• 4.3.1 生產(chǎn)原理61
• 4.3.2 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介61-62
• 4.4 工藝流程簡(jiǎn)圖62
• 4.5 工藝計(jì)算及設(shè)計(jì)62-64
• 4.6 設(shè)計(jì)小結(jié)64-65
• 5 結(jié)論與展望65-67
• 5.1 結(jié)論65
• 5.2 展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 作者簡(jiǎn)歷72
• 設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)歷及科研成果72

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本文編號(hào)：315348