石墨烯和氧化石墨烯分散液是完全不同的材料体系 不是同一物质,它们是两种结构和性质有显著差异的材料:
| 特性 | 石墨烯分散液 | 氧化石墨烯分散液 |
| 化学结构 | 单层或多层 sp² 杂化碳原子构成的二维蜂窝状晶格,几乎不含氧官能团 | 石墨烯衍生物,表面和边缘引入大量含氧官能团(羟基 - OH、环氧基 C-O-C、羧基 - COOH 等) |
| 分散性 | 疏水性强,水中分散性差(最大溶解度约 0.175mg/mL),易团聚 | 亲水性强,水中分散性优异(最大溶解度约 0.712mg/mL),可稳定分散成单层 |
| 导电性 | 优异的导电性(接近金属) | 导电性大幅降低,几乎不导电 |
| 制备方式 | 通常由氧化石墨烯分散液还原制得 | 由天然石墨通过氧化(如 Hummers 法)、超声剥离制备 |
| 稳定性 | 化学稳定性高,耐酸碱 | 化学活性高,易发生功能化修饰 |
那艾仪器喷雾干燥机制备案例
1. 氧化石墨烯分散液喷雾干燥案例
一:高浓度氧化石墨烯浆料制备 工艺:将 2.0-3.0% 质量分数的氧化石墨烯水分散液经 "高剪切乳化 - 高压均质 - 砂磨" 三级分散,调节 pH 后送入喷雾干燥机 参数:进风温度 120-180℃,雾化压力 0.59MPa,进料速率 9.0mL/min,雾化器转速达 230m/s 结果:获得花状氧化石墨烯粉体 (fGO),可在水中高浓度 (>3wt%) 再分散,单层分数高达 90.8%
案例二:锂离子电池用氧化石墨烯复合电极材料 工艺:将氧化石墨烯与金属盐溶液混合,喷雾干燥后热处理 参数:采用离心雾化,进口温度 150-180℃,出口温度 80-90℃ 结果:获得氧化石墨烯 / 金属氧化物复合粉体,用于锂电池电极材料,提高导电性和循环稳定性
2. 石墨烯分散液喷雾干燥案例
一:高分散石墨烯导电粉制备 工艺:先制备氧化石墨烯分散液,喷雾干燥后再还原处理 流程:氧化石墨烯→喷雾干燥 (得褶皱氧化石墨烯)→还原 (水合肼 / 氨水)→洗涤→干燥→高分散石墨烯导电粉 参数:氧化石墨烯浓度 0.18-0.22%,喷雾温度 120-150℃,雾化转速 200m/s 结果:获得粒径 5-10μm 的石墨烯粉体,在电极浆料中分散效率提升 40%
二:石墨烯基复合材料制备 工艺:将石墨烯与聚合物溶液混合,通过喷雾干燥制备复合粉体 参数:使用 NMP 等惰性溶剂,进口温度控制在 150℃以下(避免氧化),雾化压力 0.3-0.6MPa 结果:获得石墨烯 / 聚合物复合粉体,用于高性能导电复合材料
两者喷雾干燥过程的关键区别
| 差异方面 | 氧化石墨烯分散液 | 石墨烯分散液 |
| 分散液预处理 | 通常需高剪切分散和均质处理,降低粘度 (500-2000mPa・s) | 需添加表面活性剂或分散剂(因疏水性强),或使用非水溶剂 |
| 喷雾参数 | 可使用较高温度 (150-180℃),雾化压力 0.5-0.7MPa | 温度宜控制在 150℃以下(防氧化),常需更高雾化转速 (≥230m/s) |
| 产物形态 | 形成表面褶皱、压缩的颗粒 | 形成多面褶皱、凹坑状颗粒(类似 "核桃壳" 结构) |
| 再分散性 | 喷雾干燥产物易再分散于水,保持良好分散性 | 再分散性较差,通常需额外处理(如表面修饰)才能稳定分散 |
| 工艺路线 | 可直接喷雾干燥获得氧化石墨烯粉体 | 通常需 "氧化 - 喷雾干燥 - 还原" 三步法,或直接使用氧化石墨烯还原产物 常见问题 高粘度浆料易堵塞喷嘴;干燥过程中可能部分热还原 分散不均匀导致团聚;需特殊设备防止氧化 |
石墨烯和氧化石墨烯分散液是两种截然不同的材料体系,主要差异源于表面含氧官能团的有无,导致分散性、导电性和化学活性等关键性质差异显著。 在喷雾干燥应用中: 氧化石墨烯分散液因其良好的亲水性和分散性,适合直接喷雾干燥制备高质量粉体,产物保持优异再分散性,广泛用于复合材料、传感器和电池材料 石墨烯分散液因疏水性强,喷雾干燥常需特殊处理(如使用惰性溶剂、更高雾化转速),或采用 "氧化 - 喷雾干燥 - 还原" 间接路线,产物具有独特的三维褶皱结构,适用于高导电性复合材料 两者喷雾干燥产物形态差异(氧化石墨烯呈 "皱纹纸" 状,石墨烯呈 "核桃壳" 状)直接反映了表面化学性质对干燥过程中片层相互作用的决定性影响 。