CN100336720C - 纳米多孔石墨的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种纳米多孔石墨的制备方法。具体包括采用热化学方法制备石墨插层物、采用微波方法膨化石墨插层物、用机械方法挤压膨胀石墨。由本发明方法制备的多孔石墨材料含有纳米级孔隙，可有效改善多孔石墨对液态或气态物质的吸附能力，换热传热能力等，在生态建筑、环境保护和净化处理等方面有广泛用途。

Description

纳米多孔石墨的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具有纳米级孔隙的多孔石墨的制备方法。
背景技术
石墨材料中一个主要分支是膨胀石墨及其衍生技术。所谓的膨胀石墨是通过热化学方法或电化学方法，将鳞片状石墨原材料进行插层处理，然后在高温环境下进行膨化而获得的具有高孔隙率的多孔疏松的石墨材料。膨胀石墨经过适当的后处理之后可获得多方面的应用，包括油污清理材料、隔音材料、保温隔热材料以及医用材料等。
但是采用现有的膨胀石墨技术制备的膨胀石墨的孔隙比较粗大，一般都在微米级以上。过粗的孔隙严重约束了膨胀石墨的各项性能，包括吸附能力、传热换热能力和隔音能力等。近年来，纳米材料技术发展非常迅速。纳米孔材料技术是纳米材料领域的一个非常重要的热点。利用各种物理和化学的方法对传统的多孔材料进行改良，将其孔径进一步缩小到纳米范围，制备纳米孔材料，不仅能够提高纳米孔材料的各项性能，还能够产生一些新颖的效应和性能，这些都对拓展多孔材料的应用范围和挖掘其应用潜力具有重要的价值。
发明内容
本发明的目的在提出一种具有纳米孔隙的多孔石墨的制备方法。
本发明提出的纳米多孔石墨的制备方法，包括石墨插层物的制备、膨化和压缩三个步骤，具体如下：
(1)石墨插层物的制备：
采用热化学方法制备石墨插层物。首先将鳞片状石墨原材料进行清洗，烘干；然后将鳞片石墨与插层剂、氧化剂混合，三者重量配比为鳞片石墨∶插层剂∶氧化剂＝1∶3-10∶0.1-1；在25-60℃的恒温水浴条件下搅拌加热20-60分钟；再过滤和用水清洗混合物至pH值为0-3；最后将该混合物烘干。
本步骤中，插层剂可采用浓度为98％以上的硫酸，氧化剂可采用高锰酸钾。鳞片石墨可采用细度大于80目、含碳量大于90％的鳞片石墨。
搅拌RPM(每分钟转动周数)取200-400。烘干温度取60～80℃，烘干时间6～12小时。
(2)石墨插层物的膨化：
采用微波方法膨化石墨插层物。首先称取一定量的石墨插层物，放入陶罐中，然后将陶罐放入微波炉中进行膨化。一般，陶罐容积可取200～2000ml。膨化功率取在100～800W范围内，膨化时间取10～30秒。
(3)膨胀石墨的挤压：
采用机械方法压缩膨胀石墨。具体可将膨胀石墨放入管(圆管或方管)中，用活塞挤压管内膨胀石墨至一定压缩比。一般取压缩比为石墨膨胀比的0.1～0.5。活塞的截面面积和形状与管内截面面积和形状相同。
采用本发明提出的热化学插层、微波膨化和挤压方法制备多孔石墨材料含有纳米级的孔隙，可以有效改善多孔石墨对液态或气态物质的吸附能力、换热传热能力等性能，并且还可出现一些独特的纳米效应，在生态建筑、环境保护和净化处理等方面可具有广泛的用途。
附图说明
图1为实施例1的纳米多孔石墨的孔径分布曲线。
图2为实施例2的纳米多孔石墨的孔径分布曲线。
图3为实施例3的纳米多孔石墨的孔径分布曲线。
具体实施方式
实施例1
取细度为80目、碳含量为90％的鳞片石墨3克、浓度为98％的硫酸30克和高锰酸钾2克，放入烧杯中，用玻璃棒搅拌、混合。然后将该烧杯放入恒温水浴中，水浴的温度设定为45℃。采用磁棒对混合物进行持续搅拌，搅拌RPM定为300。插层后进行水洗程序。将混合物用200目的不锈钢网过滤，然后将过滤剩余物放入500ml的烧杯中，进入400ml的清水，用玻璃棒充分搅拌，然后再用200目的不锈钢网过滤。重复清洗两次。测量最后一次的搅拌液的pH值为0.2。将最后过滤的剩余物放入玻璃培养皿中，然后放入烘箱中进行烘干。烘箱温度为60℃，烘干过程持续时间为10小时。取烘干好的石墨插层物0.5克，放入容积为500ml的陶罐中，然后将陶罐放入微波炉中。将微波炉的功率设置在200W上。启动微波炉，微波发生时间为30秒。测量膨胀石墨的质量和体积。然后将膨胀石墨放入压缩管中进行挤压，取挤压率为膨胀率的0.2。采用汞压入法测量最后的多孔石墨的孔结构。附图1为其孔径放入分布曲线。
实施例2
取细度为50目、碳含量为95％的鳞片石墨3克、浓度为98％的硫酸30克和高锰酸钾2克，放入烧杯中，用玻璃棒搅拌、混合。然后将该烧杯放入恒温水浴中，水浴的温度设定为50℃。采用磁棒对混合物进行持续搅拌，搅拌RPM定为300。插层后进行水洗程序。将混合物用200目的不锈钢网过滤，然后将过滤剩余物放入500ml的烧杯中，进入400ml的清水，用玻璃棒充分搅拌，然后再用200目的不锈钢网过滤。重复清洗4次。测量最后一次的搅拌液的pH值为3.0。将最后过滤的剩余物放入玻璃培养皿中，然后放入烘箱中进行烘干。烘箱温度为60℃，烘干过程持续时间为10小时。取烘干好的石墨插层物0.5克，放入容积为500ml的陶罐中，然后将陶罐放入微波炉中。将微波炉的功率设置在200W上。启动微波炉，微波发生时间为30秒。测量膨胀石墨的质量和体积。然后将膨胀石墨放入压缩管中进行挤压，取挤压率为膨胀率的0.2。采用汞压入法测量最后的多孔石墨的孔结构。附图2为其孔径放入分布曲线。
实施例3
取细度为80目、碳含量为90％的鳞片石墨3克、浓度为98％的硫酸30克和高锰酸钾2克，放入烧杯中，用玻璃棒搅拌、混合。然后将该烧杯放入恒温水浴中，水浴的温度设定为60℃。采用磁棒对混合物进行持续搅拌，搅拌RPM定为300。插层后进行水洗程序。将混合物用200目的不锈钢网过滤，然后将过滤剩余物放入500ml的烧杯中，进入400ml的清水，用玻璃棒充分搅拌，然后再用200目的不锈钢网过滤。重复清洗6次。测量最后一次的搅拌液的pH值为6.0。将最后过滤的剩余物放入玻璃培养皿中，然后放入烘箱中进行烘干。烘箱温度为60℃，烘干过程持续时间为10小时。取烘干好的石墨插层物0.5克，放入容积为500ml的陶罐中，然后将陶罐放入微波炉中。将微波炉的功率设置在200W上。启动微波炉，微波发生时间为30秒。测量膨胀石墨的质量和体积。然后将膨胀石墨放入压缩管中进行挤压，取挤压率为膨胀率的0.2。采用汞压入法测量最后的多孔石墨的孔结构。附图3为其孔径放入分布曲线。

Claims (4)

1、一种纳米多孔石墨的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)采用热化学方法制备石墨插层物：首先将鳞片状石墨原材料进行清洗，烘干；然后将鳞片石墨与插层剂、氧化剂混合，三者重量配比为鳞片石墨∶插层剂∶氧化剂＝1∶3-10∶0.1-1；在25-60℃的恒温水浴条件下搅拌加热20-60分钟；再过滤和用水清洗混合物至pH值为0-3；最后将该混合物烘干；
(2)采用微波方法膨化石墨插层物：首先称取一定量的石墨插层物，放入陶罐中，然后将陶罐放入微波炉中进行膨化，膨化功率为100～800W，膨化时间为10～30秒；
(3)压缩膨胀石墨：将膨胀石墨放入管中，用活塞挤压管内石墨，取压缩比为石墨膨胀比的0.1-0.5。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所说插层剂为98％以上的硫酸，氧化剂为高锰酸钾。
3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所说鳞片石墨的细度大于80目、含碳量大于90％。
4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所说烘干温度为60-80℃，烘干时间为6-12小时。
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