CN102616771A - 一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，它涉及一种膨胀石墨的制备方法。本发明的目的是要解决现有方法制备无硫可膨胀石墨存在灰分高，且制备过程中存在浪费资源，及污染环境的问题。方法一：以天然鳞片石墨、氧化剂和插层剂为原料，采用升温加热的方法达到持续升压的目的，并结合骤然降压，即得到无硫低灰膨胀石墨；方法二：以天然鳞片石墨为原料，采用注入二氧化碳达到持续升压的目的，并结合骤然降压，即得到无硫低灰膨胀石墨。本发明主要用于制备无硫低灰膨胀石墨。

Description

一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法

技术领域

本发明涉及一种膨胀石墨的制备方法。

背景技术

膨胀石墨制得的柔性石墨，具有耐高温、耐酸碱、抗拉、抗压、抗辐射、回弹性等优良性能，被广泛应用于化工、冶金、机械、航天航空、原子能等领域。制备膨胀石墨的方法一般有电解法和化学氧化法两种，但电解法对设备要求较高，影响产品质量的因素较多，有时环境温度的提高会使产物的膨胀容积大幅度下降；常见的化学氧化法有混合酸氧化法和重铬酸钾氧化法。它们有一个共同的缺点是反应温度高，环境气氛恶劣，反应中产生的氮氧化物、铬氧化物严重污染环境。传统方法生产的膨胀石墨，因制备过程中使用含硫插入剂导致膨胀石墨中残存有害硫元素，对密封元件产生腐蚀作用，使密封效果降低甚至失效。因此，降低残存硫的含量，制备低硫或无硫可膨胀石墨是当前的主要研究方向。

已报道的无硫可膨胀石墨的制备方法多使用固体氧化剂，如KMnO₄、K₂Cr₂0₇等，这些方法不仅增加了产品中的灰分，而且也产生大量难以再生利用和处理的废液，即浪费能源，又污染环境。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法制备无硫可膨胀石墨存在灰分高，且制备过程中存在浪费资源，及污染环境的问题；而提供一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法。

一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，具体是按以下步骤完成的：首先将含碳量99.95％的天然鳞片石墨放入氧化剂中氧化3h～5h，得到氧化石墨，然后向氧化石墨中加入插层剂，搅拌均匀后得到氧化石墨/插层剂混合物，然后将氧化石墨/插层剂混合物转移至密闭反应器中，并在搅拌速度30r/min～60r/min下进行升温加热处理，至反应器内的压力为1.2MPa～1.4MPa为止，打开密闭反应器，即得到无硫低灰膨胀石墨；所述的含碳量99.95％天然鳞片石墨的质量与氧化剂的体积比例为100g∶(10mL～20mL)，所述的含碳量99.95％天然鳞片石墨与插层剂的质量比为100∶(30～50)。

优点：一、本发明采用含碳量99.95％的天然鳞片石墨为原料，且选用的试剂均不含由硫和灰分，因此本发明制备的膨胀石墨无硫且灰分低；二、本发明没有使用能造成环境污染的含氮或重金属化合物，又不采用高温膨胀，而是采用内外因此本发明的制备方法避免了能源浪费和污染环境。

一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，具体是按以下步骤完成的：首先将含碳量99.95％的天然鳞片石墨置于密闭反应器，然后采用高压泵向密闭反应器内注入二氧化碳至压力为1.4MPa～1.6MPa为止，打开密闭反应器，即得到无硫低灰膨胀石墨。

优点：一、本发明采用含碳量99.95％的天然鳞片石墨为原料，且只采用一种试剂即二氧化碳作为插层剂，利用二氧化碳分子直径小于石墨层间距这一特性，利用外压将二氧化碳压入石墨层间，因此本发明制备的膨胀石墨无硫且灰分低；二、因为本发明只用高纯石墨和二氧化碳两种原料，又不使用任何加热装置，因此本发明的制备方法即节省投资又避免了资源和能源浪费还不污染环境。

附图说明

图1是现有含碳量99.95％天然鳞片石墨的照片；图2是试验一制备无硫低灰膨胀石墨的照片；图3试验二制备无硫低灰膨胀石墨的照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

首先向含碳量99.95％的天然鳞片石墨中加入氧化剂为质量浓度为20％～40％的双氧水氧化3h～5h，得到氧化石墨，然后向氧化石墨中加入插层剂为质量浓度为15％～25％的草酸水溶液，搅拌均匀后得到氧化石墨/插层剂混合物，然后将氧化石墨/插层剂混合物转移至密闭反应器中，并在搅拌速度30r/min～60r/min下进行升温加热处理，至反应器内的压力达到1.2MPa～1.4Mpa停止加热，打开密闭反应器，即得到无硫低灰膨胀石墨。

本实施方式采用升温加热的方法使氧化石墨/插层剂混合物中的水分转化成水蒸气和使插层剂分解或者蒸发转化为气体小分子，最终达到提高密闭反应器内部压力的目的，然后骤然解除密闭反应器内压力，利用氧化石墨/插层剂分解或蒸发产生气体的内压力膨化石墨，得到无硫低灰膨胀石墨。

常见的化学氧化法有混合酸氧化法和重铬酸钾氧化法。它们有一个共同的缺点是反应温度高，浪费能源；环境气氛恶劣，反应中产生的氮氧化物、铬氧化物严重污染环境。

本实施方式采用含碳量99.95％的天然鳞片石墨为原料，且选用的试剂均不含由硫和灰分，因此本实施方式制备的膨胀石墨无硫且灰分低。

本实施方式没有使用能造成环境污染的含氮或重金属化合物，又不采用高温膨胀，而是采用内外因此本实施方式的制备方法避免了能源浪费和污染环境。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的氧化剂为质量浓度为20％～40％的双氧水。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的插层剂为质量浓度为15％～25％的草酸水溶液或去离子水。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式是一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

首先将含碳量99.95％的天然鳞片石墨置于密闭反应器，然后采用高压泵向密闭反应器内注入二氧化碳至压力为1.4MPa～1.6MPa为止，打开密闭反应器，即得到无硫低灰膨胀石墨。

本实施方式采用高压泵将二氧化碳注入密闭反应器内，使反应器内部压力逐渐升高，最终达到将二氧化碳压入石墨层间，然后骤然解除反应器压力，利用石墨层间的气体的内压力膨化石墨生成膨胀石墨蠕虫。

本实施方式采用含碳量99.95％的天然鳞片石墨为原料，且只采用一种试剂即二氧化碳作为插层剂，利用二氧化碳分子直径小于石墨层间距这一特性，利用外压将二氧化碳压入石墨层间，因此本实施方式制备的膨胀石墨无硫且灰分低。

因为本实施方式只用高纯石墨和二氧化碳两种原料，又不使用任何加热装置，因此本实施方式的制备方法即节省投资又避免了资源和能源浪费还不污染环境。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

首先将100g含碳量99.95％的天然鳞片石墨放入15mL质量浓度为30％的双氧水中氧化4h，得到氧化石墨，然后向氧化石墨中加入40g质量浓度为20％的草酸水溶液，搅拌均匀后得到氧化石墨/插层剂混合物，然后将氧化石墨/插层剂混合物转移至密闭反应器中，并在搅拌速度45r/min下进行升温加热处理，至反应器内的压力为1.3MPa为止，打开密闭反应器，即得到无硫低灰膨胀石墨。

采用数码相机拍摄现有含碳量99.95％的天然鳞片石墨和本试验制备的无硫低灰膨胀石墨，如图1和图2所示，图1是现有含碳量99.95％的天然鳞片石墨的照片，图2是本试验制备无硫低灰膨胀石墨的照片，通过对比可知本试验制备的无硫低灰膨胀石墨明显已经膨胀。

试验二：一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

首先将100g含碳量99.95％的天然鳞片石墨置于密闭反应器，然后采用高压泵向密闭反应器内注入二氧化碳至压力为1.4MPa～1.6MPa为止，打开密闭反应器，即得到无硫低灰膨胀石墨。

采用数码相机拍摄本试验制备的无硫低灰膨胀石墨，如图3所示，图3是本试验制备无硫低灰膨胀石墨的照片，本试验采用含碳量99.95％的天然鳞片石墨与试验一采用的含碳量99.95％的天然鳞片石墨完全相同，通过图3和图1对比可知本试验制备的无硫低灰膨胀石墨明显已经膨胀。

Claims (4)

1.一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，其特征在于无硫低灰膨胀石墨的制备方法是按以下步骤完成的：

首先将含碳量99.95％的天然鳞片石墨放入氧化剂中氧化3h～5h，得到氧化石墨，然后向氧化石墨中加入插层剂，搅拌均匀后得到氧化石墨/插层剂混合物，然后将氧化石墨/插层剂混合物转移至密闭反应器中，并在搅拌速度30r/min～60r/min下进行升温加热处理，至反应器内的压力达到1.2MPa～1.4MPa为止，打开密闭反应器，即得到无硫低灰膨胀石墨。

2.根据权利要求1所述的一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，其特征在于所述的氧化剂为质量浓度为20％～40％的双氧水。

3.根据权利要求1或2所述的一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，其特征在于所述的插层剂为质量浓度为15％～25％的草酸水溶液或去离子水。

4.一种无硫低灰膨胀石墨的制备方法，其特征在于无硫低灰膨胀石墨的制备方法是按以下步骤完成的：

首先将含碳量99.95％的天然鳞片石墨置于密闭反应器，然后采用高压泵向密闭反应器内注入二氧化碳至压力为1.4MPa～1.6MPa为止，打开密闭反应器，即得到无硫低灰膨胀石墨。

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