我國是目前石墨烯研究和應用開發(fā)最為活躍的國家之一，但技術尚處培植期，下游產(chǎn)品和市場開發(fā)不足，由于制備成本過高，石墨烯技術現(xiàn)在大部分仍停留在科研階段。整個產(chǎn)業(yè)鏈到目前為止仍未實現(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也加入了石墨烯研究和應用的探索行列。

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，同時還實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，已創(chuàng)超億元產(chǎn)值。2014年，濟南圣泉集團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年擴產(chǎn)至年產(chǎn)100噸。

石墨烯價格一度高達約5000元/克，但自從中國出現(xiàn)第一條石墨烯生產(chǎn)線，其價格跳崖式降價，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，同時還實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，已創(chuàng)超億元產(chǎn)值。近日，由黑龍江大學和濟南圣泉集團股份有限公司聯(lián)合完成的“生物質(zhì)石墨烯材料綠色宏量制備工藝”項目，通過專家組鑒定。該項目在國際上首創(chuàng)從生物質(zhì)中提取制備石墨烯材料的技術路徑，方法綠色環(huán)保。生物質(zhì)石墨烯材料質(zhì)量高、導電性優(yōu)異。

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

以上方法存在生產(chǎn)周期長、環(huán)境污染嚴重以及產(chǎn)能受限等問題。付宏剛教授帶領的黑龍江大學功能無機材料化學實驗室，是教育部重點實驗室。他們獨辟蹊徑利用玉米芯里纖維素進行化學重組，從而合成生物質(zhì)石墨烯材料。該團隊通過“基團配位組裝析碳法”，實現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的宏量制備，同時還在研發(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年擴產(chǎn)至年產(chǎn)100噸。首次實現(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”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，同時將石墨烯與玉米芯纖維復合生產(chǎn)出內(nèi)暖纖維，并實現(xiàn)了工業(yè)化大生產(chǎn)。圣泉集團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)，計劃明年完成1000噸/年石墨烯生產(chǎn)線的建設。圣泉集團制備石墨烯所用材料均為價格低廉、數(shù)量龐大、來源廣泛的農(nóng)作物秸稈，在實現(xiàn)石墨烯工業(yè)化充分量產(chǎn)之后，將擁有產(chǎn)量和價格的雙重優(yōu)勢。

由于研發(fā)、應用、生產(chǎn)實現(xiàn)了一體化，圣泉集團繞過產(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，圣泉集團制備石墨烯所用材料均為價格低廉、數(shù)量龐大、來源廣泛的農(nóng)作物秸稈，在實現(xiàn)石墨烯工業(yè)化充分量產(chǎn)之后，擁有產(chǎn)量和價格雙重利器的圣泉集團不僅獲得了重新架構(gòu)企業(yè)競爭優(yōu)勢的契機，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該后者，依濟南圣泉集團專利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，其實不劃算呀。要不是濟南圣泉集團是以玉米芯為銷售主力，實在想不到為何要用它？

生物質(zhì)石墨烯環(huán)保、成本低

由黑龍江大學和濟南圣泉集團股份有限公司聯(lián)合完成的“生物質(zhì)石墨烯材料綠色宏量制備工藝”項目近日通過專家組鑒定，鑒定結(jié)果認為該項目在國際上首創(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，一種是對石墨進行剝離，第二種是對天然氣、甲烷等進行化學氣相沉積，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)境污染嚴重以及產(chǎn)能受限等問題。

付宏剛教授帶領的黑龍江大學功能無機材料化學實驗室是教育部重點實驗室，他們獨辟蹊徑利用玉米芯里纖維素進行化學重組，從而合成生物質(zhì)石墨烯材料。該團隊通過“基團配位組裝析碳法”實現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的宏量制備，同時還在研發(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年擴產(chǎn)至年產(chǎn)100噸。首創(chuàng)將生物質(zhì)石墨烯材料應用于多種纖維復合并成功實現(xiàn)均勻分散，首次實現(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)。