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噴霧干燥機(jī)制備石墨烯和氧化石墨烯分散液的區(qū)別

返回列表 瀏覽:295 日期:2020-04-18

石墨烯和氧化石墨烯分散液是完全不同的材料體系 不是同一物質(zhì),它們是兩種結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有顯著差異的材料: 

特性 石墨烯分散液 氧化石墨烯分散液
 化學(xué)結(jié)構(gòu)單層或多層 sp2 雜化碳原子構(gòu)成的二維蜂窩狀晶格,幾乎不含氧官能團(tuán)  石墨烯衍生物,表面和邊緣引入大量含氧官能團(tuán)(羥基 - OH、環(huán)氧基 C-O-C、羧基 - COOH 等)
分散性疏水性強(qiáng),水中分散性差(最大溶解度約 0.175mg/mL),易團(tuán)聚親水性強(qiáng),水中分散性優(yōu)異(最大溶解度約 0.712mg/mL),可穩(wěn)定分散成單層
導(dǎo)電性優(yōu)異的導(dǎo)電性(接近金屬) 導(dǎo)電性大幅降低,幾乎不導(dǎo)電 
制備方式通常由氧化石墨烯分散液還原制得 由天然石墨通過(guò)氧化(如 Hummers 法)、超聲剝離制備
  穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性高,耐酸堿 化學(xué)活性高,易發(fā)生功能化修飾

那艾儀器噴霧干燥機(jī)制備案例

 1. 氧化石墨烯分散液噴霧干燥案例 

一:高濃度氧化石墨烯漿料制備 工藝:將 2.0-3.0% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧化石墨烯水分散液經(jīng) "高剪切乳化 - 高壓均質(zhì) - 砂磨" 三級(jí)分散,調(diào)節(jié) pH 后送入噴霧干燥機(jī) 參數(shù):進(jìn)風(fēng)溫度 120-180℃,霧化壓力 0.59MPa,進(jìn)料速率 9.0mL/min,霧化器轉(zhuǎn)速達(dá) 230m/s 結(jié)果:獲得花狀氧化石墨烯粉體 (fGO),可在水中高濃度 (>3wt%) 再分散,單層分?jǐn)?shù)高達(dá) 90.8% 

案例二:鋰離子電池用氧化石墨烯復(fù)合電極材料 工藝:將氧化石墨烯與金屬鹽溶液混合,噴霧干燥后熱處理 參數(shù):采用離心霧化,進(jìn)口溫度 150-180℃,出口溫度 80-90℃ 結(jié)果:獲得氧化石墨烯 / 金屬氧化物復(fù)合粉體,用于鋰電池電極材料,提高導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性 

2. 石墨烯分散液噴霧干燥案例 

一:高分散石墨烯導(dǎo)電粉制備 工藝:先制備氧化石墨烯分散液,噴霧干燥后再還原處理 流程:氧化石墨烯→噴霧干燥 (得褶皺氧化石墨烯)→還原 (水合肼 / 氨水)→洗滌→干燥→高分散石墨烯導(dǎo)電粉 參數(shù):氧化石墨烯濃度 0.18-0.22%,噴霧溫度 120-150℃,霧化轉(zhuǎn)速 200m/s 結(jié)果:獲得粒徑 5-10μm 的石墨烯粉體,在電極漿料中分散效率提升 40% 

二:石墨烯基復(fù)合材料制備 工藝:將石墨烯與聚合物溶液混合,通過(guò)噴霧干燥制備復(fù)合粉體 參數(shù):使用 NMP 等惰性溶劑,進(jìn)口溫度控制在 150℃以下(避免氧化),霧化壓力 0.3-0.6MPa 結(jié)果:獲得石墨烯 / 聚合物復(fù)合粉體,用于高性能導(dǎo)電復(fù)合材料 

兩者噴霧干燥過(guò)程的關(guān)鍵區(qū)別 

差異方面氧化石墨烯分散液石墨烯分散液
 分散液預(yù)處理通常需高剪切分散和均質(zhì)處理,降低粘度 (500-2000mPa?s) 需添加表面活性劑或分散劑(因疏水性強(qiáng)),或使用非水溶劑 
噴霧參數(shù) 可使用較高溫度 (150-180℃),霧化壓力 0.5-0.7MPa  溫度宜控制在 150℃以下(防氧化),常需更高霧化轉(zhuǎn)速 (≥230m/s) 
產(chǎn)物形態(tài)形成表面褶皺、壓縮的顆粒 形成多面褶皺、凹坑狀顆粒(類似 "核桃殼" 結(jié)構(gòu))
 再分散性噴霧干燥產(chǎn)物易再分散于水,保持良好分散性  再分散性較差,通常需額外處理(如表面修飾)才能穩(wěn)定分散
工藝路線  可直接噴霧干燥獲得氧化石墨烯粉體通常需 "氧化 - 噴霧干燥 - 還原" 三步法,或直接使用氧化石墨烯還原產(chǎn)物 常見(jiàn)問(wèn)題 高粘度漿料易堵塞噴嘴;干燥過(guò)程中可能部分熱還原 分散不均勻?qū)е聢F(tuán)聚;需特殊設(shè)備防止氧化

石墨烯和氧化石墨烯分散液是兩種截然不同的材料體系,主要差異源于表面含氧官能團(tuán)的有無(wú),導(dǎo)致分散性、導(dǎo)電性和化學(xué)活性等關(guān)鍵性質(zhì)差異顯著。 在噴霧干燥應(yīng)用中: 氧化石墨烯分散液因其良好的親水性和分散性,適合直接噴霧干燥制備高質(zhì)量粉體,產(chǎn)物保持優(yōu)異再分散性,廣泛用于復(fù)合材料、傳感器和電池材料 石墨烯分散液因疏水性強(qiáng),噴霧干燥常需特殊處理(如使用惰性溶劑、更高霧化轉(zhuǎn)速),或采用 "氧化 - 噴霧干燥 - 還原" 間接路線,產(chǎn)物具有獨(dú)特的三維褶皺結(jié)構(gòu),適用于高導(dǎo)電性復(fù)合材料 兩者噴霧干燥產(chǎn)物形態(tài)差異(氧化石墨烯呈 "皺紋紙" 狀,石墨烯呈 "核桃殼" 狀)直接反映了表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)干燥過(guò)程中片層相互作用的決定性影響 。

中藥研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)在實(shí)驗(yàn)室前處理儀器的配備干燥設(shè)備選型技術(shù)概述

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