本發明涉及屬于化工工藝領域，特別涉及一種利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的方法。
背景技術：
石墨烯是一種只有一個原子層厚度的準二維材料，是目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，在移動設備、航空航天、新能源電池等領域有著非常巨大的應用前景。石墨烯材料的開發和推廣極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。
氧化石墨烯是一種性能優異的新型碳材料，，具有較高的比表面積和表面豐富的官能團。氧化石墨烯是石墨烯氧化后的產物，氧化石墨烯仍保持石墨烯的層狀結構，但在每一層的石墨烯單片上引入了許多氧基功能團，這些功能團給石墨烯材料的應用帶來了更多的可能，具有更高的應用價值。
技術實現要素：
傳統氧化石墨烯采用Hummers法制備，以K2MnO4作為氧化劑，實驗證明，該方法產率較低。本發明突破性的采用一種新的強氧化劑一一K2Cr2O4作為氧化步驟的關鍵試劑。這樣不僅增加了氧化劑的選擇多樣性，還增加氧化石墨烯的產率。
本發明提供一種利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的方法，所述方法依次包括濃硫酸和濃硝酸與石墨生成石墨層間化合物、微波得膨脹石墨、再次與強酸反應得預氧化石墨、重鉻酸鉀氧化剝離。
優選地，上述的利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的方法，所述濃硫酸和濃硝酸與石墨生成石墨層間化合物中石墨為300μm可膨脹鱗片石墨，濃硫酸為98％的濃硫酸，濃硝酸為發煙硝酸。
優選地，上述的利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的方法，所述的微波得膨脹石墨需用1000W微波膨脹一分鐘。
優選地，上述的利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的方法，所述的預氧化石墨過程需將膨脹石墨加入到濃硫酸中，再緩慢加入K2S2O8和P2O5，攪拌溫度為50-100攝氏度，時間為2～24小時，稀釋的水為去離子水。
優選地，上述的利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的方法，所述的剝離過程需再緩慢加入濃硫酸、重鉻酸鉀和雙氧水。
優選地，上述的利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的方法，其所述的大片層氧化石墨烯指制得的氧化石墨烯片層數為10到50之間。
優選地，上述的利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的方法，制得的石墨層間化合物需要在40～100攝氏度干燥2h以上，使含水率在0.5％以下。
優選地，上述的利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的方法，其所述的用去離子水稀釋后過濾把膨脹的石墨去除。
其中所述的濃硫酸和濃硝酸與石墨生成石墨層間化合物指，在強氧化劑作用下，石墨晶體中原來以sp雜化結合成的平面網狀大分子轉變成帶有正電荷的平面大分子，使具有極性的硫酸分子和硫酸氫根負離子插入石墨層形成石墨層間化合物。
其中所述的微波得膨脹石墨指，石墨層間化合物在微波條件下，平面大分子間的極性的硫酸分子和硫酸氫根負離子吸收能量生成SO2氣體逸出，從而使石墨層之間距離增大形成膨脹石墨。
其中所述的再次與強酸反應得預氧化石墨指，經過微波膨脹膨脹后的石墨，片層之間距離增大，能夠與強酸充分反應，使更多的具有極性的硫酸分子和硫酸氫根負離子插入石墨層，因此下一步K2Cr2O4的氧化將更加徹底。
其中所述的重鉻酸鉀氧化剝離指，強氧化劑K2Cr2O4將石墨層間的極性的硫酸分子和硫酸氫根負離子氧化成含氧官能團形成氧化石墨，再經過超聲剝離成氧化石墨烯。
附圖說明
圖1為利用重鉻酸鉀制備大片層氧化石墨烯的工藝流程。
具體實施方式
本工藝中采用的原料為3g 300微米天然鱗片石墨，先將石墨加到150ml濃硫酸中，攪拌分散均勻后在緩慢加入30ml硝酸，然后冰浴攪拌24小時。
將得到的混合物倒入1000ml的去離子水中稀釋，冷卻至常溫后過濾水洗，60度干燥24小時。后1000W微波膨脹，直至所有石墨都變為絮狀。
在加入3.6g K2SO8和5.4g P2O5時需緩慢進行，后60度攪拌5h。倒入2L水中稀釋、冷卻至常溫后抽濾水洗。室溫干燥48h。
將得到的預氧化石墨加入到150ml的濃硫酸中，后將10g K2Cr2O4緩慢加入(1小時)，而后在35度攪拌2小時，后滴加200ml去離子水，再加入15ml的雙氧水去除錳離子，此時溶液由棕色變為亮黃色。
將亮黃色的溶液倒入2L水中稀釋、靜置，將上清液倒掉、離心、水洗3次，用HCl調節Ph為6左右，即得氧化石墨烯分散液。
本工藝中采用的原料為5g 300微米天然鱗片石墨，先將石墨加到250ml濃硫酸中，攪拌分散均勻后在緩慢加入50ml硝酸，然后冰浴攪拌24小時。
將得到的混合物倒入1000ml的去離子水中稀釋，冷卻至常溫后過濾水洗，60度干燥24小時。后1000W微波膨脹，直至所有石墨都變為絮狀。
在加入4.2g K2SO8和6.2g P2O5時需緩慢進行，后80度攪拌5h。倒入2L水中稀釋、冷卻至常溫后抽濾水洗。室溫干燥48h。
將得到的預氧化石墨加入到200ml的濃硫酸中，后將15g K2Cr2O4緩慢加入(1小時)，而后在35度攪拌2小時，后滴加200ml去離子水，再加入20ml的雙氧水去除錳離子，此時溶液由棕色變為亮黃色。
將亮黃色的溶液倒入2L水中稀釋、靜置，將上清液倒掉、離心、水洗3次，用HCl調節Ph為6左右，即得氧化石墨烯分散液。