CN1094761A - 可膨胀石墨的制造方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可膨胀石墨的制造方法及其装置，该 装置包括用不锈钢板和塑料板制成的电化学反应槽， 槽中装有硫酸石墨泥及多块不锈钢极板，反应槽槽体 也作为极板使用，通直流电进行电化学反应。然后脱 酸、水洗、脱水、干燥。本发明方法设备简单，工艺简 化，产品质量高，易于工业化生产。

Description

本发明涉及可膨胀石墨的制造方法及其装置。

石墨是由碳原子的六方形环以片层结构而组成的，层面上的碳原子结合力非常强，以共价键结合，C-C键长为1.42 ，层与层之间靠相对较弱的范德华力结合，层间的C-C距离为3.35

，是层面中C-C距离的2.36倍，碳的电负性是2.5，在石墨进行湿式反应时，其他物质（原子、离子和分子）会侵入石墨的层隙里，并与碳原子结合形成一种层间化合物（Graphite Intercalation Compaunds）。能侵入石墨层间并与其生成层间化合物的有酸、碱金属、碱土金属以及卤素等多种物质。

如果侵入石墨层间的是在高温时易挥发性物质（如硫酸），则这种层间化合物在高温受热时分解并瞬间汽化使石墨沿C轴方向产生膨胀，石墨体积可增至原来的几十倍至几百倍。结果形成一种疏松多孔性物质，称为膨胀石墨（柔性石墨）其外形很象毛毛虫，故又俗称蠕虫。而未经高温处理的这种层间化合物称为可膨胀石墨。

可膨胀石墨的制造方法，有传统的化学浸渍法和电化学法。

化学浸渍法是用浓硫酸和其它强氧化剂与石墨一起浸泡生成石墨层间化合物，这种方法有许多缺点，如操作条件差，污染环境，产品中硫含量高，产品质量不易控制，目前在工艺上，配方上虽有一些新的改进，但主要缺点仍然存在。

电化学法，与本发明接近的有：

日本专利特开昭56-18532

国内专利  CN1061387A

CN1068152A

特开昭56-18532将石墨用铂丝网包起来并作为一个电极，在18mol/l硫酸电解液中通直流电进行阳极氧化后，反向通电进行阴极还原，如此重复多次后。洗掉石墨表面的酸，干燥膨胀。这种方法不足之处是，用铂丝网包装石墨作为阳极，处理量很小，难以工业化生产，成本高，多次氧化-还原，操作工艺复杂。

CN1061387A将天然鳞片石墨和阳极放入可渗透性隔离框中，构成阳极室，硫酸浓度为14-18克分子/升，通直流电进行阳极氧化后，取出石墨水洗，干燥得可膨胀石墨。这种方法不足之处是，设置的阳极室是由塑料带编织成渗透性隔离框的，这不仅使反应装置复杂化，操作困难，而且塑料带在浓硫酸中易损坏，这就给正常生产带来很多麻烦，还有阳极室会局部出现死角，反应不均匀，产品质量不稳定。

CN1068152A先取石墨原料装入放有浓硫酸的电解槽中，硫酸浓度90～98%，在该电解槽中反复进行阳极氧化和阴极还原处理，阳极氧化35～40分钟，阴极还原35～40分钟，共倒2次半，正相电流280～300A，反相20A。水洗、脱水，再浸渍磷酸盐类。这种方法的不足之处是：反复氧化-还原，操作工艺复杂，反应时间长，正相电流280～300A，产品膨胀容积只有190ml/g，说明产品质量差。此项专利中有关浸渍磷酸盐部分是从日本专利特开平1-317168而来，可参见《碳素译丛》1992年第1期第30页，“柔性石墨材料及其制造方法”由陆玉峻译日本专利特开平1-317168。

本发明的目的是提供一种可膨胀石墨的制造方法及其装置。

本发明提出的可膨胀石墨制造方法包括下列步骤：

1、在装有硫酸石墨泥的反应槽中设置多块极板，阳极板与阴极板间隔放置，阳极板与阴极板尽量靠近，以加快反应速度，缩短反应时间。

2、通直流电进行电化学反应。

3、取出硫酸石墨泥进行脱酸处理。

4、水洗、干燥。

为了达到上述的目的，本发明提供的可膨胀石墨制造装置由下列几部分组成：

反应槽的槽体由1Cr18Ni9Ti不锈钢材料焊接制成，反应槽槽体两侧部分作为两块反应极板使用，槽内其余三个面衬硬聚氯乙烯塑料板（即槽底一块，槽两端各一块）槽两端内衬塑料板上可均匀开槽，以固定反应极板。

利用该装置，可解决反应槽中易出现的死角，槽体本身作为反应极板使用，就不会出现死角，产品也不会出现不均匀现象。

采用多极板，可以使极板间距尽量缩短，电化学场增强，使得反应速度加快，缩短了反应时间。

采用多极板，极板之间距离都相等，所提供的电化学场是均匀的，因而反应条件，反应速度也是等同的，可以使反应更均匀地进行，不需要进行电流倒向，还原处理，更不需要搅拌。

采用多极板可以使反应装置以任意比例放大，比如，做成2.5m³的反应槽，单槽石墨处理量就可达到1吨，会给工业化生产带来很大的方便。

总之，本发明可膨胀石墨的制造方法及其装置可以说是装置简单，工艺简化，可以稳产，高产质量好，性能均匀的可膨胀石墨。

实例1、反应槽尺寸：长×宽×高＝1000×200×360（mm³）

反应极板尺寸：长×宽＝990×400（mm²）共3块。

附图1、附图2为可膨胀石墨制造装置剖面图

图1为该装置水平剖面图

图2为该装置AA剖视图

符号说明：

1、不锈钢板制电化学反应槽，同时做反应极板。

2、槽内衬聚氯乙烯板。

3、不锈钢反应极板。

4、硫酸石墨混合物。

取25kg599鳞片石墨放入槽中，然后称量75kg98%H₂SO₄缓慢倒入槽中，边倒边搅拌，使之均匀形成硫酸石墨泥，装上3块反应极板，通电进行反应，电流密度为28mA/cm²，电量密度为40A·h/kg。反应完毕取出硫酸石墨泥进行脱酸处理，（得硫酸38kg）水洗至水溶液PH＝7时脱水，120℃干燥得可膨胀石墨。960℃膨化处理：膨胀容积250ml/g，含硫量2.2%，挥发份12.8%，放置3个月后，复测膨胀容积，仍然为250ml/g。

将此产品寄往德国某公司检验结果：

膨胀容积：3g/l  PH＝2.8  水份1.2%  挥发份13.8%

各项均符合该公司使用要求，对产品非常满意。取20kg该产品由内蒙林浩石墨制品有限公司制成700×0.2mm柔性石墨纸100米，其密度1.11g/cm³时，拉力强度6.14MPa。

Claims (5)

1、可膨胀石墨的制造方法，其特征在于，在电化学反应槽中将石墨与浓硫酸混合均匀形成泥浆，放置多块极板进行电化学反应，经脱酸、水洗、脱水、干燥得到可膨胀石墨。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电化学反应槽中将100份（重量）石墨与250～900份（重量）95～98%的浓硫酸均匀混合形成泥浆。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电化学反应槽中放置多块极板，至少在五块极板以上，阳极板与阴极板间隔放置，以形成比较均匀的较强的电化学场。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电化学反应槽是用1Cr18Ni9Ti不锈钢板及聚氯乙烯硬塑料板制成，反应槽槽体两侧也作为极板使用，以解决反应槽中出现死角，产品出现不均匀现象。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，阳极板和阴极板都用1Cr18Ni9Ti不锈钢板制成，阳极板和阴极板均为不损耗极板。