我國是目前石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)最為活躍的國家之一，但技術(shù)尚處培植期，下游產(chǎn)品和市場開發(fā)不足，由于制備成本過高，石墨烯技術(shù)現(xiàn)在大部分仍停留在科研階段。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈到目前為止仍未實(shí)現(xiàn)疏通和整合。近年來，在國內(nèi)外新材料行業(yè)中屢有驚人之舉的圣泉集團(tuán)也加入了石墨烯研究和應(yīng)用的探索行列。

5月16日消息，我國專家利用從玉米芯中提取糠醛等物質(zhì)后剩余的纖維素為原料制備了生物質(zhì)石墨烯材料，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，已創(chuàng)超億元產(chǎn)值。2014年，濟(jì)南圣泉集團(tuán)建立了世界上首條年產(chǎn)20噸的生物質(zhì)石墨烯材料宏量制備生產(chǎn)線，并在2016年擴(kuò)產(chǎn)至年產(chǎn)100噸。

石墨烯價(jià)格一度高達(dá)約5000元/克，但自從中國出現(xiàn)第一條石墨烯生產(chǎn)線，其價(jià)格跳崖式降價(jià)，這使石墨烯產(chǎn)品大規(guī)模商品化民用化成為可能。

我國專家利用從玉米芯中提取糠醛等物質(zhì)后剩余的纖維素為原料，制備了生物質(zhì)石墨烯材料，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，已創(chuàng)超億元產(chǎn)值。近日，由黑龍江大學(xué)和濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合完成的“生物質(zhì)石墨烯材料綠色宏量制備工藝”項(xiàng)目，通過專家組鑒定。該項(xiàng)目在國際上首創(chuàng)從生物質(zhì)中提取制備石墨烯材料的技術(shù)路徑，方法綠色環(huán)保。生物質(zhì)石墨烯材料質(zhì)量高、導(dǎo)電性優(yōu)異。

常規(guī)石墨烯材料生產(chǎn)主要有三種方式，一是對石墨進(jìn)行剝離，二是對天然氣、甲烷等進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，三是氧化石墨還原法。

以上方法存在生產(chǎn)周期長、環(huán)境污染嚴(yán)重以及產(chǎn)能受限等問題。付宏剛教授帶領(lǐng)的黑龍江大學(xué)功能無機(jī)材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。他們獨(dú)辟蹊徑利用玉米芯里纖維素進(jìn)行化學(xué)重組，從而合成生物質(zhì)石墨烯材料。該團(tuán)隊(duì)通過“基團(tuán)配位組裝析碳法”，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的宏量制備，同時(shí)還在研發(fā)利用玉米秸稈制備石墨烯的制備工藝。在2014年建立了世界上首條年產(chǎn)20噸的生物質(zhì)石墨烯材料宏量制備生產(chǎn)線，并在2016年擴(kuò)產(chǎn)至年產(chǎn)100噸。首次實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的成果轉(zhuǎn)化和石墨烯纖維制品的商業(yè)化。

圣泉模式”攻克高成本難題，秸稈玉米芯提取“廉價(jià)”石墨烯

目前，圣泉不僅從植物秸稈玉米芯中創(chuàng)造性地生產(chǎn)出了生物質(zhì)石墨烯，而且還生產(chǎn)出了玉米芯纖維，同時(shí)將石墨烯與玉米芯纖維復(fù)合生產(chǎn)出內(nèi)暖纖維，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化大生產(chǎn)。圣泉集團(tuán)新建的全球首條年產(chǎn)量100噸的石墨烯生產(chǎn)線已正式投產(chǎn)，計(jì)劃明年完成1000噸/年石墨烯生產(chǎn)線的建設(shè)。圣泉集團(tuán)制備石墨烯所用材料均為價(jià)格低廉、數(shù)量龐大、來源廣泛的農(nóng)作物秸稈，在實(shí)現(xiàn)石墨烯工業(yè)化充分量產(chǎn)之后，將擁有產(chǎn)量和價(jià)格的雙重優(yōu)勢。

由于研發(fā)、應(yīng)用、生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了一體化，圣泉集團(tuán)繞過產(chǎn)業(yè)化障礙，在石墨烯產(chǎn)業(yè)內(nèi)創(chuàng)造“圣泉模式”。尤其值得注意的是，圣泉集團(tuán)制備石墨烯所用材料均為價(jià)格低廉、數(shù)量龐大、來源廣泛的農(nóng)作物秸稈，在實(shí)現(xiàn)石墨烯工業(yè)化充分量產(chǎn)之后，擁有產(chǎn)量和價(jià)格雙重利器的圣泉集團(tuán)不僅獲得了重新架構(gòu)企業(yè)競爭優(yōu)勢的契機(jī)，更將對中國石墨烯產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生不可估量的影響。

石墨烯工藝分為top-down及bottom-up兩大類，前者屬于石墨加工（氧化還原法、電化學(xué)法、…等），后者屬于碳成長（CVD、外延生長法、…等），玉米秸稈中提煉石墨烯應(yīng)該后者，依濟(jì)南圣泉集團(tuán)專利CN104016341A「一種多孔石墨烯的制備方法」系通過下述方法得到：

1）。將玉米芯在硫酸中進(jìn)行水解，得到木質(zhì)纖維素；

2）。用處理劑在100?120℃處理該木質(zhì)纖維素，得到多孔纖維素；

3）。用選自氯化鐵等催化劑處理多孔纖維素，處理溫度為80?120℃；

4）。在無氧環(huán)境下，依次將上一步獲得的多孔纖維素置于300?1300℃保溫，獲得石墨烯前體（活性碳）；

5）。分別用堿、酸和水洗滌該石墨烯前體，得到終產(chǎn)物石墨烯。

玉米芯→木質(zhì)纖維素之回收率為80%，木質(zhì)纖維素→石墨烯前體之回收率為10%，而石墨烯前體→石墨烯80%來估算，總體回收率低于10%算很正常。以15噸玉米芯能提煉出價(jià)值200萬的石墨烯嗎？我相信那還是以石墨烯每公斤2000元來算，大概產(chǎn)出石墨烯少于1噸。一般而言，以上述工藝來比對，棉柴灰分17.2%，玉米芯灰分5.1%，由此看出，玉米芯不太適合做粉末活性碳，原因是體密度太低，加上工藝需要烘干及加酸，其實(shí)不劃算呀。要不是濟(jì)南圣泉集團(tuán)是以玉米芯為銷售主力，實(shí)在想不到為何要用它？

生物質(zhì)石墨烯環(huán)保、成本低

由黑龍江大學(xué)和濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合完成的“生物質(zhì)石墨烯材料綠色宏量制備工藝”項(xiàng)目近日通過專家組鑒定，鑒定結(jié)果認(rèn)為該項(xiàng)目在國際上首創(chuàng)從生物質(zhì)中提取制備石墨烯材料的技術(shù)路徑，方法綠色環(huán)保、成本低，生物質(zhì)石墨烯材料質(zhì)量高、導(dǎo)電性優(yōu)異。

常規(guī)石墨烯材料生產(chǎn)主要有三種方式，一種是對石墨進(jìn)行剝離，第二種是對天然氣、甲烷等進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，第三種是氧化石墨還原法。以上方法存在生產(chǎn)周期長、環(huán)境污染嚴(yán)重以及產(chǎn)能受限等問題。

付宏剛教授帶領(lǐng)的黑龍江大學(xué)功能無機(jī)材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，他們獨(dú)辟蹊徑利用玉米芯里纖維素進(jìn)行化學(xué)重組，從而合成生物質(zhì)石墨烯材料。該團(tuán)隊(duì)通過“基團(tuán)配位組裝析碳法”實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的宏量制備，同時(shí)還在研發(fā)利用玉米秸稈制備石墨烯的制備工藝。在2014年建立了世界上首條年產(chǎn)20噸的生物質(zhì)石墨烯材料宏量制備生產(chǎn)線，并在2016年擴(kuò)產(chǎn)至年產(chǎn)100噸。首創(chuàng)將生物質(zhì)石墨烯材料應(yīng)用于多種纖維復(fù)合并成功實(shí)現(xiàn)均勻分散，首次實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的成果轉(zhuǎn)化和石墨烯纖維制品的商業(yè)化。

在我國，生物質(zhì)中僅玉米芯的年產(chǎn)量就高達(dá)1億噸，大部分集中于東北三省、山東省、河北省，年產(chǎn)100噸生物質(zhì)石墨烯材料所支撐的產(chǎn)品線可帶來產(chǎn)值3億-5億元。

目前在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，由于玉米芯含有豐富的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，已被用于造紙，生物制糖等行業(yè)。