CN112320791A - 一种石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，采用次氯酸钠溶液或铜氨溶液作为溶解试剂来溶解石墨烯再生纤维素纤维，再通过离心作用分离出不溶的石墨烯固体颗粒；所述石墨烯再生纤维素纤维为石墨烯粘胶纤维、石墨烯莫代尔纤维、石墨烯莱赛尔纤维或石墨烯铜氨纤维中的一种或两种以上。本发明操作简单，成本低，所用化学试剂较为常见，配置简单，所用试剂浓度合适，黏度较小，方便离心分离，对纤维的溶解较为彻底，溶解和离心过程无絮状纤维大分子沉淀，提取的石墨烯颗粒没有纤维杂质，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纺织品检测领域，特别是涉及一种石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法。
背景技术
石墨烯自使用剥离法被发现以来，这种具有独特结构和优异性能的材料在众多领域中引发广泛研究和关注。近几年来，石墨烯也逐渐被应用在纺织品领域中，在聚酯纤维的纺丝过程中加入石墨烯并均匀分布在纤维中，使得纤维获得导电、抗菌、防紫外等功能，大大提高了纤维的附加值。石墨是一种由碳原子以sp²杂化方式组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，单层厚度为 0.334 nm。每个碳原子与周围其他三个碳原子相连。形成三个σ键，最终形成稳定的六边形状在空间铺展开。起初石墨烯仅仅是指厚度为 0.334nm 单层的碳原子，随后的研究发现，不超过 10 个碳原子层的碳材料依然保持着石墨烯的独特性质，因此在国内外的相关术语标准中，不超过 10 个碳原子层的碳材料均可称之为石墨烯（包含单层石墨烯、双层石墨烯和少层（3-10 层）石墨烯），相比之下，随着碳材料层数的增加，当超过 10 个碳原子层时，其性质已接近石墨，因此不能被称为石墨烯，而是被定义为石墨。石墨烯材料需满足两个条件：第一，与石墨烯相关（也就是说主体材料必须是由碳元素组成），第二，该材料的层数不能超过 10 层。只有满足了这两个条件才能称为石墨烯材料。
随着石墨烯概念的火热，许多纺织品打着石墨烯纤维的名号吸引消费者，但质量却参差不其，众多厂家将掺有石墨纤维作为石墨烯纤维欺骗消费者，扰乱了石墨烯纤维市场秩序。现有的石墨烯再生纤维素纤维鉴别方法需要将纤维中的石墨烯颗粒提取出来，然而现有的提取方法主要使用试剂75%硫酸或者37%浓盐酸，在提取过程中，纤维的溶解不够彻底，往往会伴随着大量絮状纤维沉淀，会影响后续对石墨烯的表征。所以需要一种更为有效的提取方法。
发明内容
本发明目的是提供一种石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，该方法操作简便，提取物纯度高，无絮状纤维大分子沉淀，便于对石墨烯的表征，具有良好的应用前景。
本发明的技术方案如下。
本发明的一种石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，采用次氯酸钠溶液或铜氨溶液作为溶解试剂来溶解石墨烯再生纤维素纤维，再通过离心作用分离出不溶的石墨烯固体颗粒；
所述石墨烯再生纤维素纤维为石墨烯粘胶纤维、石墨烯莫代尔纤维、石墨烯莱赛尔纤维或石墨烯铜氨纤维中的一种或两种以上。
更具体地，本发明的一种石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将石墨烯再生纤维素纤维放入溶解试剂中，在一定温度下使之充分溶解，得到纤维溶解液，所述石墨烯聚酯纤维与所述溶解试剂的质量比为1：（50～200）；
（2）将所述纤维溶解液倒入离心管中进行离心分离，然后舍弃所述离心管内的液体，保留底部的黑色固体颗粒；
（3）向所述离心管内注入所述溶解试剂，使所述黑色固体颗粒溶解；然后进行离心分离，舍弃所述离心管内的液体，保留底部的黑色固体颗粒；
（4）向所述黑色固体颗粒中加入蒸馏水进行清洗；再次离心分离，舍弃所述离心管内的液体，底部的黑色颗粒物质即为提取的石墨烯颗粒；
所述溶解试剂为次氯酸钠溶液或铜氨溶液，所述次氯酸钠溶液为浓度0.5～1.0mol/L的次氯酸钠水溶液，所述铜氨溶液为Cu2+浓度为0.5～1.4mol/L的铜氨络合物水溶液；
所述步骤（1）中，所述温度与所选用的溶解试剂对应，当所述溶解试剂为次氯酸钠溶液时，所述温度为50～100℃，优选为85～100℃；当所述溶解试剂为铜氨溶液时，所述温度为室温，例如5～40℃。
进一步地，所述步骤（2）和步骤（3）中，每次所述离心分离为在≥8000 r/min的转速下离心分离3～10min。
进一步地，所述步骤（3）的溶解和离心分离过程重复操作1～5次。
进一步地，所述步骤（1）～（3）的溶解过程和所述步骤（4）的清洗过程，采用超声波辅助分散。
进一步地，所述步骤（1）～（3）采用相同的所述溶解试剂。
本发明的原理是：将石墨烯再生纤维素纤维放入所述溶解试剂中，再生纤维素纤维部分会被溶解在所述溶解试剂中，但石墨烯不溶于所述溶解试剂，而悬浮在所述溶解试剂中；在离心作用下，悬浮的石墨烯颗粒与所述溶解试剂分离开来，从而提取出石墨烯颗粒。
与现有技术相比，本发明操作简单，成本低，所用化学试剂较为常见，配置简单，所用试剂浓度合适，黏度较小，方便离心分离，对纤维的溶解较为彻底，溶解和离心过程无絮状纤维大分子沉淀，提取的石墨烯颗粒没有纤维杂质，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
（1）将0.2g石墨烯粘胶纤维放入装有20g浓度为1.0mol/L的次氯酸钠溶液的三角烧瓶中，将三角烧瓶放入95℃的恒温水浴锅中30min使纤维充分溶解，得到纤维溶解液；
（2）向离心管中加入20ml纤维溶解液，放入离心机中，在8000r/min转速下离心10min；然后舍弃所述离心管内的液体，保留底部沾附的黑色固体颗粒；
（3）再向离心管中加入20mL浓度为1.0mol/L次氯酸钠溶液，将离心管放入超声波清洗机中保持15min，使底部黑色颗粒溶解；然后在8000r/min转速下离心10min，再次舍弃所述离心管内的液体，保留底部沾附的黑色固体颗粒；
（4）再向所述离心管内加入20mL蒸馏水，将离心管放入超声波清洗机中分散清洗10min；然后再在8000r/min转速下离心5min；舍弃所述离心管内的液体，底部沾附的黑色颗粒物质即为提取的石墨烯颗粒。
实施例2
（1）取100mL 10%硫酸铜溶液，50mL 10%氢氧化钠溶液，130mL浓氨水配置成铜氨溶液；将0.2g石墨烯莫代尔纤维放入装有20g该铜氨溶液的三角烧瓶中，将三角烧瓶在室温下保持30min使纤维充分溶解，得到纤维溶解液；
（2）向离心管中加入20ml纤维溶解液，放入离心机中，在8000r/min转速下离心10min；然后舍弃所述离心管内的液体，保留底部沾附的黑色固体颗粒；
（3）再向离心管中加入20mL的步骤（1）所配制的铜氨溶液，将离心管放入超声波清洗机中保持20min，使底部黑色颗粒溶解；然后在8000r/min转速下离心10min，再次舍弃所述离心管内的液体，保留底部沾附的黑色固体颗粒；
（4）再向所述离心管内加入20mL蒸馏水，将离心管放入超声波清洗机中分散清洗10min；然后再在8000r/min转速下离心5min；舍弃所述离心管内的液体，底部沾附的黑色颗粒物质即为提取的石墨烯颗粒。
实施例1和实施例2溶解与离心过程中，没有明显的粘纤或莫代尔纤维析出，提取出的石墨烯颗粒中没有纤维大分子等杂质，后续的透射电镜对石墨烯颗粒表征效果较好，没有杂质的影响。
Claims (8)
1.一种石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，采用次氯酸钠溶液或铜氨溶液作为溶解试剂来溶解石墨烯再生纤维素纤维，再通过离心作用分离出不溶的石墨烯固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，所述石墨烯再生纤维素纤维为石墨烯粘胶纤维、石墨烯莫代尔纤维、石墨烯莱赛尔纤维或石墨烯铜氨纤维中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将石墨烯再生纤维素纤维放入溶解试剂中，在一定温度下使之充分溶解，得到纤维溶解液，所述石墨烯聚酯纤维与所述溶解试剂的质量比为1：（50～200）；
（2）将所述纤维溶解液倒入离心管中进行离心分离，然后舍弃所述离心管内的液体，保留底部的黑色固体颗粒；
（3）向所述离心管内注入所述溶解试剂，使所述黑色固体颗粒溶解；然后进行离心分离，舍弃所述离心管内的液体，保留底部的黑色固体颗粒；
（4）向所述黑色固体颗粒中加入蒸馏水进行清洗；再次离心分离，舍弃所述离心管内的液体，底部的黑色颗粒物质即为提取的石墨烯颗粒；
所述溶解试剂为次氯酸钠溶液或铜氨溶液，所述次氯酸钠溶液为浓度0.5～1.0mol/L的次氯酸钠水溶液，所述铜氨溶液为Cu2+浓度为0.5～1.4mol/L的铜氨络合物水溶液。
4.根据权利要求3所述的石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述温度与所选用的溶解试剂对应，当所述溶解试剂为次氯酸钠溶液时，所述温度为50～100℃；当所述溶解试剂为铜氨溶液时，所述温度为室温。
5. 根据权利要求3所述的石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）中，每次所述离心分离为在≥8000 r/min的转速下离心分离3～10min。
6.根据权利要求3所述的石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，所述步骤（3）的溶解和离心分离过程重复操作1～5次。
7.根据权利要求3所述的石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，所述步骤（1）～（3）的溶解过程和所述步骤（4）的清洗过程，采用超声波辅助分散。
8.根据权利要求3所述的石墨烯再生纤维素纤维中石墨烯颗粒的提取方法，其特征在于，所述步骤（1）～（3）采用相同的所述溶解试剂。
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