CN105502360A - 一种无硫可膨胀石墨的制备方法 - Google Patents

一种无硫可膨胀石墨的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种无硫可膨胀石墨的低温制备方法，其制备材料的化学成分的质量百分比为：天然鳞片石墨：高锰酸钾：高氯酸＝1:0.37～0.42:8.5～9.0，将天然鳞片石墨与高锰酸钾混合，之后加入高氯酸，不断搅拌，在20～25℃的条件下反应60～70min，反应结束后，按上述混合液与饱和磷酸氢二钾溶液的体积比1:2.0～2.5的比例在室温下浸泡60min，进行二次插层反应；然后水洗至pH值为5～7，抽滤脱水，在60℃条件下烘干，制得无硫可膨胀石墨，最后在950℃的马弗炉中膨化得到可以吸附油类污染物的膨胀石墨。本发明无需高温操作、安全节能，无二氧化硫污染物，易于实现工业化生产，膨胀石墨的膨胀容积达400～430mL/g，吸油效果好。

Description

一种无硫可膨胀石墨的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种无硫可膨胀石墨的制备方法。
技术背景
近年来油轮事故的频繁发生及工业含油污水的盲目排放对水体环境造成了严重污染，因此，海上溢油应急处置工作已成为全球热点问题。我国天然鳞片石墨储量丰富，经过插层氧化处理后可制得可膨胀石墨，进而通过高温处理可得到膨胀石墨。膨胀石墨表面为非极性脂肪烃基团，内部为微米级大孔结构，具有蠕虫状结构，因此特别适合于吸附有机大分子；另外由于它具有吸油后易于团聚成块且浮于水面的特性，使得其特别适合进行粘性油类的吸附处理。
早在19世纪60年代初，Schaufautl将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热，发现了可膨胀石墨。制备可膨胀石墨的传统方法是在高温环境下用硫酸和硝酸混合，然后和天然鳞片石墨反应，即可得到可膨胀石墨。但其制备工艺反应温度较高，不易操作，并且产品含硫量高，膨胀过程中还会释放大量二氧化硫等有害气体，污染环境，得到的膨胀石墨的膨胀容积一般为200～300mL/g，膨胀效果并不是很好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温操作、工艺简单、不含硫且膨胀容积大、吸油效果好的无硫可膨胀石墨的制备方法。
本发明的技术方案如下：
(1)制备材料的化学成分的质量百分比为：天然鳞片石墨：高锰酸钾：高氯酸＝1:0.37～0.42:8.5～9.0，所述天然鳞片石墨粒度为32目、含碳量为99.9％；所述高氯酸质量分数为70～72％。
(2)一次氧化插层：将天然鳞片石墨与高锰酸钾混合，之后加入高氯酸，采用高锰酸钾做氧化剂、高氯酸做插层剂，不断搅拌，在20～25℃的条件下反应60～70min；
(3)二次插层：按上述混合液与饱和磷酸氢二钾溶液的体积比1：2.0～2.5的比例在20～25℃的条件下浸泡60～80min，进行二次插层反应；
(4)充分反应后，水洗至pH值为5～7，抽滤脱水，在60℃条件下烘干，制得无硫可膨胀石墨，最后在950℃的马弗炉中膨化得到可以吸附油类污染物的膨胀石墨，该膨胀石墨的膨胀容积为400～430mL/g。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、无需高温操作，简单、安全、节能，易于实现工业化生产；
2、制备可膨胀石墨的工艺过程中不加入含硫物质，因此在高温制备膨胀石墨的过程中，不产生二氧化硫污染物，制备的膨胀石墨产品也不含硫，提高了膨胀石墨的抗腐蚀性；
3、采用二次插层制备工艺，插层效果好，膨胀容积高，达到了400～430mL/g。
具体实施方式
实施例1
将3g粒度为32目、含碳量为99.9％的天然鳞片石墨与1.11g高锰酸钾混合，之后加入20.4mL质量分数为70～72％的高氯酸，不断搅拌，在20℃的条件下反应60min，反应结束后，用50mL饱和磷酸氢二钾溶液在室温下浸泡60min，进行二次插层反应；充分反应后，水洗至pH值为7，抽滤脱水，在60℃的条件下烘干24h，制得无硫可膨胀石墨；将制得的可膨胀石墨在950℃的马弗炉中高温膨胀10s，即得到膨胀石墨，膨胀容积为400mL/g。
膨胀石墨的膨胀容积测试方法采用《可膨胀石墨(GB/T10698-1989)》中的方法进行测定：称取适量可膨胀石墨试样，精确至0.001g，置于已在900～1000℃的高温炉中灼烧5min的石英烧杯中，立即放入900～1000℃的高温炉内，不关炉门，视不膨胀为止，立即取出，读取试样膨胀后的体积，按照膨胀容积(mL/g)＝膨胀后的体积(mL)/试样质量(g)的公式进行计算。
取1g制得的膨胀石墨用于吸附机油，吸油倍数为88g/g。
吸油倍数的测定方法如下：将膨胀石墨放在电子天平进行称重后，投放于盛有不同种类油品的油槽中5分钟，捞出平放于170目金属网上5分钟后称重，按照下式计算吸油倍数：
η = ( m 2 - m 1 ) m 1 × 100 %
式中：η—吸油倍数
m1—吸油前质量(g)
m2—吸油后质量(g)
实施例2
将3g粒度为32目、含碳量为99.9％的天然鳞片石墨与1.26g高锰酸钾混合，之后加入21.6mL质量分数为70～72％的高氯酸，不断搅拌，在25℃的条件下反应70min，反应结束后，用50mL饱和磷酸氢二钾溶液在室温下浸泡60min，进行二次插层反应；充分反应后，水洗至pH值为5，抽滤脱水，在60℃的条件下烘干24h，制得无硫可膨胀石墨；将制得的可膨胀石墨在950℃的马弗炉中高温膨胀10s，即得到膨胀石墨，膨胀容积为410mL/g。
取1g制得的膨胀石墨用于吸附重油，吸附倍数为95g/g。
实施例3
将3g粒度为32目、含碳量为99.9％的天然鳞片石墨与1.2g高锰酸钾混合，之后加入21mL质量分数为70～72％的高氯酸，不断搅拌，在22℃的条件下反应65min，反应结束后，用50mL饱和磷酸氢二钾溶液在室温下浸泡60min，进行二次插层反应；充分反应后，水洗至pH值为6，抽滤脱水，在60℃的条件下烘干24h，制得无硫可膨胀石墨；将制得的可膨胀石墨在950℃的马弗炉中高温膨胀10s，即得到膨胀石墨，膨胀容积为430mL/g。
取1g制得的膨胀石墨用于吸附原油，吸油倍数为114g/g。

Claims (4)

1.一种无硫可膨胀石墨的低温制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)一次氧化插层，将天然鳞片石墨与高锰酸钾混合，之后加入高氯酸，采用高锰酸钾做氧化剂、高氯酸做插层剂，在20～25℃的条件下不断搅拌，进行氧化插层反应，反应时间控制在60～70min；
(2)二次插层，将上述混合液放入饱和磷酸氢二钾溶液进行浸泡，控制反应温度20～25℃，反应时间为60～80min；
(3)水洗烘干，将充分反应后可膨胀石墨进行水洗，至pH值为5～7，抽滤脱水后，在60℃条件下烘干，制得无硫可膨胀石墨，最后在950℃的马弗炉中膨化得到可以吸附油类污染物的膨胀石墨，该膨胀石墨的膨胀容积为400～430mL/g。
2.根据权利要求1所述的无硫可膨胀石墨的低温制备方法，其特征在于：所述天然鳞片石墨、高锰酸钾和高氯酸的质量百分比为：天然鳞片石墨：高锰酸钾：高氯酸＝1:0.37～0.42:8.5～9.0。
3.根据权利要求1所述的无硫可膨胀石墨的低温制备方法，其特征在于：所述混合液与饱和磷酸氢二钾溶液的体积比为1：2.0～2.5。
4.根据权利要求1所述的无硫可膨胀石墨的低温制备方法，其特征在于：所述天然鳞片石墨粒度为32目、含碳量为99.9％；所述高氯酸质量分数为70～72％。
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