华中农业大学资环实验台柜项目（二次）竞争性磋商

γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是谷氨酸单体以γ-羧基与氨基相缩合的一种聚氨基酸，γ-PGA主链上有大量游离羧基存在，使聚谷氨酸具有水溶性聚羧酸的性质，如强吸水保湿性能，可用于化妆品、食品、分散剂、螯合剂、建筑涂料、防尘等领域，主链上的大量羧基易于修饰，为材料的功能化提供了条件，利于改性制备一系列功能材料。γ-PGA同时亦具有优良的生物可降解性和生物相容性，对环境无污染，对人体无毒害，用作医药、生物医用材料、化妆品、食品和环保等领域有明显优点。本实验室筛选得到一株γ-PGA高产菌株（已获专利授权：γ-聚谷氨酸及其盐的制备方法，CN0112787.2），并对合成工艺条件进行了优化；采用提纯新工艺，降低了生产成本，提高了产品质量。同时，还开展了γ-PGA吸水材料的制备、绿色水处理剂、肥料增效等领域的应用研究。本项目已申请4项国家发明专利。

项目背景：1.响应国家绿色环保趋势，将防腐涂料类产品从 溶剂型向绿色环保无溶剂型产品转型，对产品进行技术性提升， 对工艺进行改善，实现薄涂层的绿色环保防腐产品；2.目前防腐 产品多为多道施工，多层施工施工效率低，同时防腐产品遍数越 多，产生的问题也随之越多。无溶剂脂肪族聚脲材料产品整体施 工底中面合一，一道成型，施工效率高，防腐效果好，耐候不变 色，耐老化性能优异，适合应用于耐腐蚀相关场所。 所需技术需求简要描述：1.解决无溶剂脂肪族聚脲材料与不 锈铁间的附着力问题，要求附着力≥8MPa； 2.实现无溶剂脂肪 族聚脲薄涂层喷涂，要求涂层漆膜厚度≦200μm。同时满足耐受 性性能，耐盐雾 2500h 不起泡、不生锈、不开裂、不脱落。耐人 工气候老化 3000h 不起泡、不生锈、不开裂、不脱落、I 级变色、 I 级失光和 I 级粉化。耐紫外线老化 1000h 不起泡、不生锈、不 开裂、不脱落、I 级变色、I 级失光和 I 级粉化。耐冻融循环， -20℃，常温，60℃，常温，各 6h，5 个冻融循环，不起泡、不 生锈、不开裂、不脱落。耐化学介质，10%NaOH、10%H₂SO₄、 3%NaCl，室温 30d，涂层完好，无剥落、无起皱、无裂纹、无起 泡、无生锈。  对技术提供方的要求:具有前端的科研理念，对产品有一定 的前瞻性，能够提出并验证优良的解决方案。在相关领域中具有 丰富经验的院校或科研院所。 

包装与储存本品用塑料桶包装，每桶25Kg或250Kg，固体用牛皮纸袋或纸板桶包装；也可根据用户需要而定，贮存于通风的库房内，贮存期十二个月安全防护本品应避免与眼睛、皮肤或衣服接触，一旦溅到身上，应立即用大量清水冲洗。 项  目 PASP 液体 PASP 固体 外 观 黄色至红棕色液体 黄色至棕色粉末 固体含量/% ≥40.0 ≥96 pH值(1%水溶液) 9.0～11.0 <10.5 密度(20℃)/g·cm3 ≥1.20 N/A 堆积密度(Kg/Liter) N/A >0.5

石墨烯作为化工新材料是目前的研究热点，其规模化制备是难点。超重力旋转床作为一种新型反应器，在化工过程强化等领域具有总要的应用，且无明显放大效应。以超重力旋转床作为石墨（氧化石墨）剥离和还原的反应器制备石墨烯，具有效率高、产品质量及应用性能好等特点。目前已达到中试水平。 本技术属于石墨烯制备技术领域，具体涉及到用超重力法以石墨为原料制 备高性能石墨烯的方法。石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，是构成石墨、碳纳 米管、富勒烯等碳材料的基本结构单元，具有优良的导电性、导热性、高强度、 高透明度和超大的比表面积及良好的生物相容性，在复合材料、电子器件、电 能储存装置、生物传感器、催化剂载体等领域具有良好的应用效果及前景，是 目前最热研究领域之一，也有大量的潜在需求。实现其高性能低成本规模化制 备是其应用的前提和保障，因此更是人们关注和研究的焦点。 现有的石墨烯制备方法很多，如：机械剥离、化学气相沉积、液相剥离法、 化学氧化-剥离-还原、碳纳米管切割以及完全有机合成等。在这些方法中，机 械剥离法虽然能得到高性能的石墨烯，但产量很小，主要用于科学研究；化学 气相沉积法虽然可合成量较大的产品，但设备复杂且成本较高，限制了其应用； 完全有机合成法得不到大面积的石墨烯片。低成本剥离法和化学氧化-剥离-还 原法通常以廉价的石墨为原料，在低温常压下进行制备，其成本较低且易放大规模，是石墨烯规模合成的重点研究方向。 目前用于剥离的装置主要有超声波清洗器、微波炉、球磨机、超临界装置 等。在这些装置中，超声波清洗器虽然使用的最多，但其剥离时间长、产率低、 对石墨烯片的晶体完整性和结构破坏大，影响其导电性和其他应用性能；微波炉剥离利用微 波炉加热集中、功率大的特点，加热使石墨或预氧化石墨迅速膨胀，达到剥离 的效果，该方法过程较为剧烈，产物损失不可控，而且所得到的石墨烯缺陷较多；球磨机制备出来的石墨烯片小；超临界装置制备成本高、需要反复多次剥离才能达到较好的效果， 不适于规模化连续生产)。所以如何找到一种可以大规模剥离且对石墨烯性能影响小的剥离方 法和装置是本领域需要解决的一个问题。 超重力技术是利用比地球重力加速度大得多的超重力环境对传质、传热过 程和微观混合过程进行强化的新技术，在地球上通过旋转产生模拟的超重力环 境而获得。它能够大幅度提高反应的转化率和选择性，显著地缩小反应器的体 积，简化工艺、流程，实现过程的高效节能，减少污染排放。在超重力旋转床 内气体呈连续相均匀分布，液体被分散成大量的液滴、液丝和液膜，具有极大 的比表面积。研究表明：在超重力环境下相间传质速率比传统塔器提高1～3 个数量级，微观混合和传质过程得到极大强化。超重力过程强化技术已被大量 用作需要对相间传递过程进行强化的多相过程，和需要对相内或拟均相内微观 混合强化的混合与反应过程，并达到了工业化水平或中试水平。目前还没有出 现过将超重力技术应用在石墨领域的例子。 本项目要解决的技术问题是提供一种超重力法制备石墨烯的方法；通过对 石墨进行预处理，使石墨的层间距增大，之后在超重力旋转床中剥离预处理石 墨，得到石墨烯；该制备方法简单易行，低成本、高产量，适合大规模生产， 具有广泛的应用前景，该方法制备的石墨烯具有很高的导电率和极少的缺陷。 本发明提供一种超重力法制备石墨烯的方法，包括以下步骤： 1）以石墨为原料，对石墨进行预处理，使石墨的层间距增大，得到预处 理石墨； 2）在超重力旋转床中剥离预处理石墨，得到石墨烯。

石墨烯因 其 优异 的性质而 被 誉为 “ 材料之王 ” ， 在诸多 领域有着广阔的应用前景， 但 距离 真正实现产业化 还存在诸多 问题和挑战 。制备决定 未来， 高品质 石墨烯薄膜的 可控 制备 一直是学术界和业界关注的 重点 。 化学 气相沉积法（ CVD ） 以 其优良 的 可控性和可放大性被 公认 为最具前景的石墨烯 薄膜 制备方法， 经过 近十年的发展， 虽然 在单晶尺寸上 取得 了诸多突破性进展， 但 CVD 石墨烯的性能 和 理想 水平 仍然有不 小 的差距 ， 这一问题已经困扰石墨烯领域很久 。 该研究首次 揭示了 CVD石墨烯 的本征污染问题，提出气相反应调控的方法，分别使用泡沫铜辅助催化和含铜碳源实现了超洁净石墨烯的制备（ Nat ure   Commun .  2019 ,  10 , 1912 ； J. Am. Chem. Soc.   2019 ,  141 , 7670 ）。 对于已存在 本征污染的石墨烯薄膜，他们 巧妙地 使用 二氧化碳 对其进行刻蚀 ，而不引入额外缺陷，从而成功 制备出大面积的超洁净石墨烯薄膜，该 方法与普通CVD工艺完全兼容 （ Angew . Chem.  2019 ,10.1002/ange.201905672 ）。 同时 ，他们探究 了本征污染物与石墨烯之间的相互作用，发展了基于活性炭的界面力调控方法，成功实现了石墨烯的表面清洁（ Adv.  Mater.  2019 , e1902978 ） 。

过去的十几年石墨烯研究和产业化进步飞速，然而石墨烯产业化仍然面临诸多挑战和问题。面向石墨烯产业化应用的制备技术不是对实验室制备过程的简单放大，规模化制备对制备技术的可重复性、安全性和成本等都提出了更高的要求。尽管从产能上看石墨烯的粉体和薄膜均实现了宏量化制备。然而，石墨烯产品的生长工艺、原材料、设备甚至生产批次的不同，得到的产品质量和性能参差不齐，且很难达到统一的标准。以史为鉴，参考另一类战略性碳材料——碳纤维的产业发展历程可知，材料的品质决定了其应用前途。最初研发的碳纤维只能用于钓鱼竿等，而今高端碳纤维材料在航天航空领域占据不可替代的位置，这正是碳纤维的规模化制备技术和材料品质的不断提升，推动了碳纤维在高端领域的广泛应用。石墨烯产业只有努力扎根于材料制备，解决高品质材料的规模化制备问题，才有美好的应用未来。

成果介绍目前，石墨烯基墨水的制备主要有两种方案。一种是以氧化石墨烯为前驱体制备墨水，喷墨打印后对绝缘的氧化石墨烯图案进行还原得到还原的氧化石墨烯进而恢复其电性能。另一种方案是以石墨烯为导电墨水的溶质，加入分散剂、粘结剂、导电助剂等配置墨水实施打印。由于第一种方案中采用的柔性基底承受温度一般在400℃以下，导致其导电性无法进行大幅度提高，而较高的温度是修复缺陷的有效方法，所以本产品是通过调配低缺陷的RGO、粘结剂、导电助剂、溶剂等成分来制备石墨烯基导电墨水。本产品将石墨烯优异的物理性质与印刷电子高效、绿色、大面积以及低成本等优势相结合，制备了一种导电性、成膜性优异的石墨烯基墨水。技术创新点及参数本产品采用高分子材料（如PET、PDMS、SEBS等）作为柔性基底，选用上述体系的导电墨水通过印刷或喷墨打印的方式制备高导电、尺寸可调、形状可调的石墨烯基导电材料。简单绿色的制备工艺、优异的导电性使其适用于多个领域，如对高分子基底表面进行等离子亲水性处理制备均匀且灵敏的传感器，以叠层的形式贴合在皮肤表面，以织物中RFID为接收器，用以监测人体的呼吸、运动以及心率，保证人们的生命安全；还可以凭借其较低的表面方阻、大尺寸可共形的特点用于大型通讯设备或可穿戴通讯设备的电磁防护。市场前景导电墨水主要分为金属系导电墨水和碳系导电墨水等，目前市场上使用最多的是银纳米材料的导电墨水，但其原料价格过于昂贵; 而铜系导电墨水虽然原料价格相对较便宜，但容易被氧化的性质也在一定程度上限制了其应用。目前市售的碳系墨水电阻率普遍偏高。利用石墨烯制备高性能的网版印刷墨水有望获得与银导电墨水相当的导电性、更好的易用性和稳定性，同时降低墨水成本，从而促进柔性印刷电子技术的发展。而利用高质量的RGO作为导电填料的来源，成本低，易于大规模、大面积制备，其具备了产业化的要素。实施条件未来，利用石墨烯制备高性能的网版印刷油墨有望获得与银导电油墨相当的导电性、更好的易用性和稳定性，同时降低油墨成本，从而促进柔性印刷电子技术的发展。而利用高质量的RGO作为导电填料的来源，成本低，易于大规模、大面积制备，其具备了产业化的要素。

1、石墨烯基口罩，目前已经在新冠病毒防治过程中投入使用，并获得好评。2、石墨烯基VOC吸附海绵：具有吸附速率快(半小时吸附甲苯蒸气可达自重64.8倍)吸附率高(传统材料7倍)、脱附简单彻底等优点，现已用于化工企业、仓储企业等。3、石墨烯基吸油海绵：具有吸附率高、脱附彻底、吸附选择性高、多次循环使用等优点， 广泛用于分散油及乳化油的破乳分离。4、石墨烯基油/水/固体悬浮物三相分离设备：具有占地面积小、运行费用低、反冲彻底等优点，已广泛用于地表水提标改造、污水厂污水处理、自来水/直饮水预处理、蓝藻处理等。