CN111377442A - 一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，包括如下步骤：石墨插层制备：采用天然细鳞片石墨为原料，经第一次干燥后，在常温常压下将氧化剂和插入剂与天然细鳞片石墨进行混合至饱和状态，形成石墨插层化合物；洗涤处理：将石墨插层化合物过滤，用去离子水反复洗涤，直到洗涤溶液的PH值达到6，得到样品，将样品置于烘箱中经第二次干燥；制备：将第二次干燥后的样品在马弗炉中高温膨胀反应一定时间，再冷却至室温，即得到膨胀石墨。本发明使用简单的化学插层方法，该过程不涉及高温高压的过程，操作安全，无危险性。通过改变作为氧化剂的双氧水和浓磷酸的体积比，采用了环保插入剂‑‑鞣酸，可调节膨胀石墨烯的形貌和膨胀率。

Description

一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法
技术领域
本发明涉及一种石墨制备领域，具体涉及一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法。
背景技术
膨胀石墨是天然鳞片石墨经过化学插层处理，然后经瞬时加热产生高温膨胀制得的碳质原料，膨胀石墨具有许多优良特性，它不但保留了天然石墨的许多优点，诸如耐高温性能、导电性、导热性、润滑性、化学稳定性等优良性质，而且具有一些新的特征如孔隙结构发达、反应活性高、比表面积大以及高压缩率等特点。这些性质使得膨胀石墨可以有效的作为密封材料、新型能源、化工环保方面的吸附剂等，在各行各业有广阔的应用前景。
膨胀石墨的制备已经有几十年的历史，天然鳞片石墨的晶体结构为六方晶系中的原子型晶体，每层之内是以较强的共价键相结合，结构非常稳定，而层面间则由较弱的范德华力连接，在一定条件下加入氧化剂，强氧化性物质破坏石墨层间的范德华力，使石墨片层失去电子，成为带正电荷的离子层，相邻层面的碳原子同性相斥，使层面间距增大，在电荷转移驱动力下，鞣酸作为插层剂以分子形式进入石墨层间，形成石墨层间化合物即可膨胀石墨。当石墨层间化合物受热时，插层剂瞬间分解产生大量气体，形成强大的气压，将石墨片层打开，形成膨胀石墨。膨胀石墨的生产周期较长，操作繁琐，制备方法受诸多条件限制。因此，开发一种生产成本低廉、性能优异的无硫膨胀石墨制备方法的需求越来越广泛和迫切。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的制备膨胀石墨周期长、操作繁琐、制备条件要求高的问题，提供了一种成本低廉、操作简单的制备膨胀石墨的方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，包括如下步骤：石墨插层制备：采用天然细鳞片石墨为原料，经第一次干燥后，在常温常压下将氧化剂和插入剂与天然细鳞片石墨进行混合至饱和状态，形成石墨插层化合物；洗涤处理：将石墨插层化合物过滤，用去离子水反复洗涤，直到溶液的PH 值达到6，得到样品，将样品置于烘箱中经第二次干燥；制备：将第二次干燥后的样品在马弗炉中高温膨胀反应一定时间，再冷却至室温，即得到膨胀石墨。
作为优选，所述天然鳞片石墨尺寸为60～150μm，纯度为质量分数60％—95％。
作为优选，所述第一次干燥过程为将天然鳞片石墨在60～90℃的真空干燥箱中干燥24h。
作为优选，所述的氧化剂为双氧水和浓硫酸的混合物，插入剂为鞣酸。
作为优选，所述双氧水和浓硫酸的体积比为6:1～8:1。
作为优选，所述氧化剂与插入剂的体积比为1:1～1:2。
作为优选，所述第二次干燥的时间为12～48h，干燥温度为70～90℃。
作为优选，所述制备是将第二次干燥后的样品在马弗炉700～900℃温度下膨胀反应10～20s，再冷却至室温，即得到无硫膨胀石墨。
与现有技术相比，本发明的实质性效果在于：本发明（1）使用简单的化学插层方法，该过程不涉及高温高压的过程，操作安全，无危险性，安全可靠。（2）采用鞣酸作插入剂，浓硫酸和双氧水的混合物作为氧化剂，整体成本低廉，无硫化物残留，不会产生腐蚀等不利影响，有利于工业化生产。（3）通过改变作为氧化剂的双氧水和浓磷酸的体积比，可调节由天然鳞片石墨生产的膨胀石墨烯的形貌和膨胀率。
附图说明
图1为本发明实施例一所得的膨胀石墨扫描电镜照片。
图2为本发明实施例二所得的的膨胀石墨扫描电镜照片。
图3为本发明实施例三所得的的膨胀石墨扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，包括如下步骤：
S1:石墨插层制备：采用尺寸为60～150μm，纯度为质量分数60％—95％的天然细鳞片石墨为原料，在60～90℃的真空干燥箱中进行24h的第一次干燥后，在常温常压下将氧化剂和插入剂与其进行混合至饱和状态，形成石墨插层化合物。选用的天然鳞片石墨尺寸可为100μm，纯度可为质量分数80％。第一次干燥可将天然鳞片石墨在80℃的真空干燥箱中干燥24h。氧化剂可以是将浓硫酸和双氧水以6:1～8:1的体积比进行混合得到的，插入剂为鞣酸，氧化剂与插入剂的体积比为1:1～1:2。
S2:洗涤处理：将石墨插层化合物过滤，用去离子水反复洗涤，直到洗涤溶液的PH值达到6，得到样品，将样品置于烘箱进行第二次干燥处理，第二次干燥温度为70～90℃，干燥时间为12～48h；第二次干燥时间为可为24h，干燥温度可为80℃。
S3:制备：将第二次干燥后的样品在马弗炉高温下膨胀反应10～20s，再冷却至室温，即得到无硫膨胀石墨，可在马弗炉700～900℃下反应10s。
实施例一：
一种利用天然细鳞片制备膨胀石墨的制备方法，取碳含量为80％的100μm天然鳞片石墨10g在真空烘箱中干燥24h，将其与氧化剂、鞣酸混合至饱和状态，形成石墨插层化合物，其中氧化剂为浓磷酸和双氧水以6：1的体积比进行混合得到，氧化剂与鞣酸的体积比为1:1；洗涤石墨插层化合物并用去离子水过滤直至溶液的PH值达到6，在80℃的真空干燥箱中干燥24h，再将其在700℃的马弗炉中快速膨胀15s，再冷却至室温，即得到膨胀石墨。所得膨胀石墨如图1所示。
实施例二：
一种利用天然细鳞片制备膨胀石墨的制备方法，取碳含量为80％的100μm天然鳞片石墨10g在真空烘箱中干燥24h，将其与氧化剂、鞣酸混合至饱和状态，形成石墨插层化合物，其中氧化剂为浓磷酸和双氧水以7：1的体积比进行混合得到，氧化剂与鞣酸的体积比为1:1；洗涤石墨插层化合物并用去离子水过滤直至溶液的PH值达到6，在80℃的真空干燥箱中干燥24h，再将其在700℃的马弗炉中快速膨胀15s，再冷却至室温，即得到膨胀石墨。所得膨胀石墨如图2所示。
实施例三：
一种利用天然细鳞片制备膨胀石墨的制备方法，取碳含量为80％的100μm天然鳞片石墨10g在真空烘箱中干燥24h，将其与氧化剂、鞣酸混合至饱和状态，形成石墨插层化合物，其中氧化剂为浓磷酸和双氧水以8：1的体积比进行混合得到，氧化剂与鞣酸的体积比为1:1；洗涤石墨插层化合物并用去离子水过滤直至溶液的PH值达到6，在80℃的真空干燥箱中干燥24h，再将其在700℃的马弗炉中快速膨胀15s，再冷却至室温，即得到膨胀石墨。所得膨胀石墨如图3所示。
对比实施例一、二、三可见，通过改变氧化剂和插入剂的体积比，可以制备出具有不同性能的膨胀石墨烯。
实施例四：
一种利用天然细鳞片制备膨胀石墨的制备方法，取碳含量为80％的100μm天然鳞片石墨10g在真空烘箱中干燥24h，将其与氧化剂、鞣酸混合至饱和状态，形成石墨插层化合物，其中氧化剂为浓磷酸和双氧水以6：1的体积比进行混合得到，氧化剂与鞣酸的体积比为1:2；洗涤石墨插层化合物并用去离子水过滤直至溶液的PH值达到6，在80℃的真空干燥箱中干燥24h，再将其在700℃的马弗炉中快速膨胀15s，再冷却至室温，即得到膨胀石墨。
实施例五：
一种利用天然细鳞片制备膨胀石墨的制备方法，取碳含量为80％的100μm天然鳞片石墨10g在真空烘箱中干燥24h，将其与氧化剂、鞣酸混合至饱和状态，形成石墨插层化合物，其中氧化剂为浓磷酸和双氧水以7：1的体积比进行混合得到，氧化剂与鞣酸的体积比为1:2；洗涤石墨插层化合物并用去离子水过滤直至溶液的PH值达到6，在80℃的真空干燥箱中干燥24h，再将其在700℃的马弗炉中快速膨胀15s，再冷却至室温，即得到膨胀石墨。
实施例六：
一种利用天然细鳞片制备膨胀石墨的制备方法，取碳含量为80％的100μm天然鳞片石墨10g在真空烘箱中干燥24h，将其与氧化剂、鞣酸混合至饱和状态，形成石墨插层化合物，其中氧化剂为浓磷酸和双氧水以8：1的体积比进行混合得到，氧化剂与鞣酸的体积比为1:2；洗涤石墨插层化合物并用去离子水过滤直至溶液的PH值达到6，在80℃的真空干燥箱中干燥24h，再将其在700℃的马弗炉中快速膨胀15s，再冷却至室温，即得到膨胀石墨。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，其特征在于，包括如下步骤：
石墨插层制备：采用天然细鳞片石墨为原料，经第一次干燥后，在常温常压下将氧化剂和插入剂与天然细鳞片石墨进行混合至饱和状态，形成石墨插层化合物；
洗涤处理：将石墨插层化合物过滤，用去离子水反复洗涤，直到洗涤溶液的PH 值达到6，得到样品，将样品置于烘箱中经第二次干燥；
制备：将第二次干燥后的样品在马弗炉中高温膨胀反应一定时间，再冷却至室温，即得到膨胀石墨。
2.根据权利要求1所述的一种制备膨胀石墨的方法，其特征在于，所述天然鳞片石墨尺寸为60～150μm，纯度为质量分数60％—95％。
3.根据权利要求1所述的一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，其特征在于，所述第一次干燥过程为将天然鳞片石墨在60～90℃的真空干燥箱中干燥24h。
4.根据权利要求1所述的一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，其特征在于，所述氧化剂为双氧水和浓硫酸的混合物，插入剂为鞣酸。
5.根据权利要求4所述的一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，其特征在于，所述双氧水和浓硫酸的体积比为6:1～8:1。
6.根据权利要求5所述的一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，其特征在于，所述氧化剂与插入剂的体积比为1:1～1:2。
7.根据权利要求1所述的一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，其特征在于，所述第二次干燥的时间为12～48h，干燥温度为70～90℃。
8.根据权利要求1所述的一种利用天然细鳞片制备无硫膨胀石墨的方法，其特征在于，所述制备是将第二次干燥后的样品在马弗炉700～900℃温度下膨胀反应10～20s，再冷却至室温，即得到无硫膨胀石墨。
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