以太西无烟煤为前驱体制备煤基石墨烯的研究.pdfVIP

第 36卷 第 4期 煤 炭 转 化 Vo1．36 No．4 2013年 1O月 C0ALC0NVERS10N 0ct．2O13 以太西无烟煤为前驱体制备煤基石墨烯的研究 张亚婷D 周安 宁 张晓欠。 邱介 山 摘 要 以太西高纯无烟煤作为前驱体 ，通过高温热处理技术及氧化还原方法制备 多层石墨 烯．研究表 明，在太西无烟煤 中添加少量硫酸镍 、氧化铁及硼酸作为催化剂，通过一定的高温热处理 过程 ，可以制备 出超纯微细石墨粉 ，进而通过氧化还原法制备得 到煤基石墨烯．这一工作 的开展不 仅扩宽了石墨烯制备的原料来源，而且为太西无烟煤的高附加值利用提供 了新思路． 关键词 无烟煤 ，石墨化 ，石墨烯 中图分类号 TQ536．2 1 实验部分 0 引 言 1．1 主要原料和仪器 主要原料 ：NaNO。和铜粉 ，均为分析纯 ，天津市 太西无烟煤以 “三低六高”著称于世 ，其含灰分 化学试剂三厂生产 ；浓硫酸 、高锰酸钾、盐酸和三氯 仅 8．54％，含硫分仅 0．3 ，含磷分不到 1 ，煤质 甲烷 ，均为分析纯 ，西安市化学试剂厂生产 ；30 双 超过北京、阳泉和焦作等无烟煤 ，居全 国之首．是理 氧水 ，分析纯，天津市津北精细化工有限公司生产 ； 想低廉 的碳素制品原料 ，以太西无烟煤为原料生产 水合肼和 N，N一二甲基甲酰胺 (DMF)，均为分析纯 ， 的煤 基活 性炭 约 占我 国煤基 活性炭 总产量 的 天津市福晨化学试剂厂生产；硫酸铁 ，分析纯 ，天津 6O％r1]，此外 ，利用煤炭 的高温热处理技术 ，可以使 博迪化工股份有 限公司生产；硫酸镍 ，分析纯 ，西安 碳材料 的微晶结构变得有序L2]，不仅可 以使其质量 门捷科技有限责任公司生产；二氧化硅 ，分析纯 ，青 明显改善 ，促进煤炭深加工行业 的发展和产品的更 岛裕宝精细化工有 限公司生产；氧化铁 ，分析纯 ，天 新换代 ，而且将使宝贵 的矿产资源得到更加合理有 津市长鑫宏翔商 贸有 限公司生产 ；硼酸 ，分析纯 ，天 效的利用．石墨烯作为一种新型平面二维材料 ，最早 由英国曼彻斯特大学 的Novoselooksetal_l3利用胶 津红岩化学试剂厂生产；原料煤为太西洗煤厂超低 灰煤 ，煤质分析结果见表 1． 带剥离高定向石墨的方法获得 ，是碳原子紧密堆积 表 1 煤样 的工业分析及元素分析 (％ ) 成单层二维蜂窝状 晶格结构的碳质材料 ，它可看作 Table1 Proximateandultimateanalysisofsample( ) 是构建其他维数碳质材料 (如零维富勒烯 、一维纳 米碳管和三维石墨)的基本单元．[4 由于石墨烯具 有超大的比表面积 以及优异的电学、力学 、光学和热 学性质，科学家们预测石墨烯将在 电子 、信息、能