CN111422863B - 一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，用于石墨提纯技术领域。包括石墨悬浮液制备、提纯石墨前驱体制备、石墨杂质离心分离、提纯石墨前驱体固液分离、高纯石墨制备工艺步骤。利用氧气或空气作为放电气体产生活性粒子，攻击高电子云密度的石墨分子部位，加在碳键上脱去有机分子上的一个氢，得到提纯石墨前驱体，前驱体在组合剂作用下，得到高纯石墨。本发明工艺过程易于控制，符合绿色化学的要求，制备的高纯石墨产品质量好、生产能耗有效降低、生产成本下降，可以实现在放电等离子体作用下的连续化生产，具有很强的实际应用推广价值。

Description

一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法

技术领域

本发明属于石墨化工技术领域，具体为一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法。

背景技术

随着科学技术的发展，我国的石墨资源利用量逐渐增多，但是石墨原矿中石墨含量低，严重影响了其应用。为了扩大石墨利用的技术领域，石墨可以通过物理选矿方法进行提纯，但是最高只能达到97%左右的品位，采用物理选矿方法要进一步提高石墨品位非常困难，工业上制备99%以上的高碳、高纯石墨主要采用化学法和物理法。

化学类型的提纯方式需要采用酸、碱、氟化物等化学试剂，存在石墨原材料严重流失，生产中产生大量废水、废气，对自然环境造成严重影响。在目前的产业化应用中，发生了严重的环境污染情况，对设备也有不同程度的腐蚀，而且由于方法的原因，不能得到更高纯度的石墨产品。物理法主要采用高温技术进行石墨提纯，可以得到更高品位的石墨，在提纯环境中融入无污染类型反应气体，但是考虑成本问题，只能利用中碳或高碳石墨进一步提纯到99.99%以上的纯度，同时在实际提纯过程中存在以下几个问题，首先是设备需要2600℃以上的高温持续工作一周，对设备提出较高的要求，且产品耗能高，一般最低均在3200kwh/t以上；其次是在提纯过程中产生大量的杂质挥发物，对设备炉膛的抗污染能力要求高；三是随着提纯过程的进行，加热区内杂质挥发物浓度增加且难以完全及时排出，导致石墨提纯环境恶化，石墨的纯度难以进一步提高；四是炉内温度分布不均匀，石墨化程度不够稳定，产品质量良莠不齐，生产时还要加入电阻料和石英砂将导致散状石墨产品中含有较多杂质。这些缺点最终会导致散状石墨产品质量不稳定，生产成本偏高。

为了解决高温法提纯存在的问题，人们将等离子体技术要利用到石墨提纯技术领域中，等离子体技术包括高温等离子体和低温等离子体，目前研究的技术是将电弧等离子体应用到石墨提纯技术领域中。但是这种方法中电弧等离子体设备复杂，成本高，不利于工业化生产。

现有技术进行石墨提纯主要问题比较集中，产生问题的主要原因是方法本身带来的，要解决现有的石墨提纯问题，需要考虑其他的途径。

大气压下介质阻挡放电是在大气压产生放电等离子体，结构简单，对设备要求低，是一种重要的气体放电模式。在介质阻挡放电体系中，微流注放电模式是最主要、最常见、最容易实现的放电模式，这种放电模式在工业臭氧合成领域应用已有一百余年的历史，但至今采用该放电模式的等离子体化学反应效能一直不高。同微流注放电相比，辉光放电具有更高效的等离子体化学反应性能，产生的羟基自由基具有很强的氧化性，可以利用其高氧化性进行石墨氧化，然后发生解理。但在大气压下实现大空间辉光放电却非常困难，目前仅能在He气环境下实现大气压辉光放电，限制了辉光放电模式在等离子体化学反应中的应用。

微流注放电容易实现，等离子体化学反应的效能低，而辉光放电等离子体化学反应的效能高，但是放电条件比较复杂，这一技术难题的解决要从根本上改变技术方法，结合石墨提纯方法中的存在的问题，研究一种易于实现，在石墨提纯技术领域中提纯效果好、成本低的等离子体提纯方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法。

本发明通过如下技术方案解决技术问题。所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，包括以下步骤：

（1）石墨悬浮液制备：将石墨投入到水溶罐中，在搅拌下制成石墨悬浮液；

（2）提纯石墨前驱体制备：将步骤（1）得到的石墨悬浮液通入到等离子体反应器中，在一定温度、浓硫酸存在下进行一定时间的反应，得到提纯石墨前驱体产物；

（3）石墨杂质离心分离：将步骤（2）得到的提纯石墨前驱体产物注入到第一离心分离机中，在低于350r/min的转速下进行离心分离，将离心残渣分离出去，得到的悬浊液为第一离心悬浊液；

（4）提纯石墨前驱体固液分离：将步骤（3）得的第一离心悬浊液通入到第二离心分离机中，在高于8000r/min的转速下进行离心分离，固液分离后得到的离心固体产物为提纯石墨前驱体产物；

（5）高纯石墨制备：将步骤（4）得到的提纯石墨前驱体产物注入到石墨罐中，在一定温度下注入组合剂，反应一定时间后获得高纯石墨。

本发明所述方法的流程参见图1所示。

作为本发明的一种优选方案，所述方法包括以下具体步骤：

（1）石墨悬浮液制备：将经过选矿后的石墨粉料投入到水溶罐中，石墨水悬浮液中石墨含量大于20-90%，加入石墨粉料质量0-5%的表面活性剂，加入98%的硫酸作为催化剂，在搅拌下制成石墨悬浮液；

（2）提纯石墨前驱体制备：将等离子体反应器温度升温至50-150℃，放电气体为空气或氧气，流量为0.1-2L/min，将石墨悬浮液打入到等离子体反应器中，流速为1-10L/min，启动等离子体放电系统，反应一定时间，得到提纯石墨前驱体产物；

（3）石墨杂质离心分离：将步骤（2）得到的产物注入第一离心分离机中，在150-350r/min的转速下，分离3-10min，将离心残渣分离出去，得到的悬浊液为第一离心悬浊液；

（4）提纯石墨前驱体固液分离：将步骤（3）得到的第一离心悬浊液通入第二离心分离机中，在高转速8000-10000 r/min下离心处理5-15min，固液分离，固液分离后得到的离心固体产物为提纯石墨前驱体产物；

（5）高纯石墨制备：将步骤（4）中得到的提纯石墨前驱体产物注入到石墨罐中，在温度为20-90℃下注入组合剂，反应时间为0.5-4h，所得固体产物为高纯石墨。

本发明所述方法采用的原料是石墨选矿后初步提纯具有一定品位的石墨粉料或者中碳、高碳石墨。

本发明所述的方法步骤（1）中所述的表面活性剂为羧甲基纤维素钠，浓度为0.6-2%；或者聚甲基丙烯酸钠，浓度为0.15-0.75%；或者聚丙烯酸钠，浓度为0.2-1%，每克石墨粉料加入98%硫酸的量不少于20ml。

本发明所述的方法步骤（2）中的等离子体反应器为介质阻挡放电多针-板式放电结构，等离子体反应器结构示意图参见图2所示。

所述的等离子体反应器包括外筒、内筒、导流板、进料管、接地装置、进气管、出气管、高压电极、电介质板、出料口、进料分布器、高压电源。

等离子体反应器的供电依靠高压电源，等离子体反应器中的高压电极和电介质板在内筒石墨悬浮液液面上方，高压电极为不锈钢材质，表面加工有纵横交错的沟槽，相邻沟槽宽度在0.1-1mm，深度0.1-2mm，电介质板为α-Al₂O₃，在高压电极下方，与其有一定间隙；

内筒筒口所在平面与电介质板之间有距离为1-7mm。接地装置是将内筒中的石墨悬浮液接地，由此在电介质板和液面之间便产生低温等离子体；

内筒和外筒套在一起，外筒直径大于内筒的直径，外筒高于内筒，内筒中充满的石墨悬浮液，是从水溶罐注入的，通过进料管直接进入到内筒中，注满后随着反应的进行可以从上端溢出，进入到外筒中。

内筒中的石墨悬浮液的液面与放电等离子体接触，随着悬浮液的流动进入外筒中，新的液面内分子与放电等离子体接触；导流板设计在内筒内部，为圆筒状，在导流板中间设置进料管，进料管上部为进料分布器。

出料口连接在外筒下方，是等离子体反应器中产物流出的通道，由出料口流出的物料直接注入到第一离心分离机中，进行所述方法步骤（3）的杂质分离过程。

作为本发明的优选方案，等离子体反应器的出料口出来的物料可以注入缓冲罐中，在缓冲罐中的物料有两条路径，其一是石墨悬浮液与等离子体反应达到预期指标后的物料即提纯石墨前驱体产物，将其注入到第一离心分离机中，其二是石墨悬浮液与等离子体反应没有达到预期指标，即没有完全反应的半成品，将其注入到内筒中，继续与等离子体反应，水溶罐中的物料根据缓冲罐回到等离子体反应器中物料的多少，而降低进料量，从而实现更优化的提纯石墨前驱体的制备。

本发明所述方法这种优选方案的流程参见图3所示。

上述方法中的步骤（2），反应产物作为制备纯净石墨的前驱体，能够在分离过程中，将杂质分离出去，形成稳定的前驱体悬浮液，优选的气体和原料的进料比为：m（氧气）：m（石墨）＝1:2-10时，可得到提纯效果较好的提纯石墨前驱体产物。步骤（2）利用介质阻挡放电产生的等离子体，含有离子、电子、激发态原子、分子、自由基等这些极活泼的化学反应物种，因此在反应体系中就存在粒子之间碰撞，在碰撞过程中进行能量传递。电子先从电场获得能量，通过激发或电离将能量转移到分子或原子中去，那些获得能量的分子或原子被激发，同时有部分分子被电离，而成为活性基团。然后这些活性基团与分子或原子、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。另外，高能电子也能被氧气等电子亲和力较强的物质俘获，成为负离子。这类负离子具有很好的化学活性，在前驱体制备反应中起着重要的作用。

利用氧气或空气作为放电气体，在放电体系中产生一系列的自由基，如•O₂、O₃ ^－、H₂O^－、•OH，臭氧在水中时刻发生氧化反应，其氧化途径可由臭氧直接作用于石墨分子，也可由其分解产生的中间产物•OH 与石墨分子反应。等离子体放电产生的•OH 的标准还原电位很高，它容易攻击高电子云密度的石墨分子部位，容易加在碳键上脱去有机分子上的一个氢，形成R自由基，R自由基又被水中溶解氧进一步转化成 ROO•，由此一系列的反应使得到提纯石墨前驱体。

在提纯石墨前驱体制备过程中，羟基自由基等含氧基团最先与石墨边缘、缺陷等高活性位点的碳原子相结合，随着反应程度的增加，边缘的含氧官能团也被演化为羰基和羧基等，进一步则结构中的共轭π键被破坏，碳原子杂化方式由sp²转变为sp³，在边缘基面的碳原子形成大量的环氧基和碳羟基，并随着反应程度的增加未反应的sp²平面域尺寸越来越小，因此，结构中含氧基团的量与反应程度密切相关，反应程度越高，结构中含氧基团的量越高。石墨经过前驱体反应后，结构中的含氧基团以羟基和环氧基为主，羧基及羰基仅位于结构边缘和缺陷处。

上述方法的步骤（3）、（4）中，石墨样品经过等离子体反应后，暴露出主要杂质矿物，如石英、白云母等，利用石墨杂质矿物和提纯石墨前驱体的比重差异，通过离心的方式将杂质和提纯石墨前驱体分离。

上述方法中的步骤（5）的组合剂为水合肼、纯肼、对苯二酚的NaOH溶液。

本发明的技术方法，利用原矿固定碳含量为80.28％、灰分16.1％的石墨粉提纯，得到固定碳含量为99.8％以上的高纯石墨。提纯前石墨的扫描电镜如图4所示，提纯样品的扫描电镜（FE-SEM）参见图5。

本发明进一步保护以所述方法制备得到的高纯石墨。

同现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明针对石墨提纯中存在的问题，采用介质阻挡放电等离子体产生的活性粒子制备提纯石墨前驱体，所以本发明的技术方法避免了大量的化学试剂的使用，节约了大量非金属矿资源，并且放电等离子体产生的活性粒子是在大气压下放电等离子体产生的，可以用放电等离子体参数控制提纯石墨前驱体的化学反应过程，工艺过程易于控制；不使用酸、碱、氯化物，反应过程无废气、废液排放，对环境无污染，符合绿色化学的要求；该方法制备的高纯石墨产品质量好、生产能耗有效降低、生产成本下降，可以实现在放电等离子体作用下的连续化生产，具有很强的实际应用推广价值。

附图说明

图1为放电等离子体石墨提纯工艺第一流程图；

图2为等离子体反应器结构示意图；

图3为放电等离子体石墨提纯工艺第二流程图；

图4为提纯前石墨的扫描电镜图；

图5为提纯后石墨的扫描电镜图。

图示：

1外筒、2内筒、3导流板、4进料管、5接地装置、6进气管、7出气管、8高压电极、9电介质板、10出料口、11进料分布器、12高压电源。

具体实施方式

具体实施方式1：

如附图1所示，所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，包括以下步骤：

（1）石墨悬浮液制备：将经过选矿后的石墨粉料投入到水溶罐中，石墨水悬浮液中石墨含量为25%，不加表面活性剂，加入98%的硫酸作为催化剂，在搅拌下制成石墨悬浮液；

（2）提纯石墨前驱体制备：将等离子体反应器温度升温至50℃，放电气体为空气，流量为0.1L/min，将石墨悬浮液打入到等离子体反应器中，流速为1L/min，启动等离子体放电系统，反应一定时间，得到提纯石墨前驱体产物；

（3）石墨杂质离心分离：将步骤（2）得到的产物注入第一离心分离机中，在150 r/min的转速下，分离3min，将离心残渣分离出去，得到的悬浊液为第一离心悬浊液；

（4）提纯石墨前驱体固液分离：将步骤（3）得到的第一离心悬浊液通入第二离心分离机中，在高转速8000r/min下离心处理5min，固液分离，固液分离后得到的离心固体产物为提纯石墨前驱体产物；

（5）高纯石墨制备：将步骤（4）中得到的提纯石墨前驱体产物注入到石墨罐中，在温度为20℃下注入组合剂，反应时间为4h，所得固体产物为高纯石墨。

本发明所述方法采用的原料是石墨选矿后初步提纯具有一定品位的石墨粉料或者中碳、高碳石墨。

本发明所述的方法步骤（1）中所述的表面活性剂为羧甲基纤维素钠，浓度为0.6%，每克石墨粉料加入98%硫酸23ml。

本发明所述的方法步骤（2）中的等离子体反应器为介质阻挡放电多针-板式放电结构，等离子体反应器结构示意图参见图2所示。

所述的等离子体反应器包括外筒、内筒、导流板、进料管、接地装置、进气管、出气管、高压电极、电介质板、出料口、进料分布器、高压电源。

等离子体反应器的供电依靠高压电源，等离子体反应器中的高压电极和电介质板在内筒石墨悬浮液液面上方，高压电极为不锈钢材质，表面加工有纵横交错的沟槽，相邻沟槽宽度在0.1mm，深度0.5mm，电介质板为α-Al₂O₃，在高压电极下方，与其有一定间隙；

内筒筒口所在平面与电介质板之间有距离为1mm。接地装置是将内筒中的石墨悬浮液接地，由此在电介质板和液面之间便产生低温等离子体；

内筒和外筒套在一起，外筒直径大于内筒的直径，外筒高于内筒，内筒中充满的石墨悬浮液，是从水溶罐注入的，通过进料管直接进入到内筒中，注满后随着反应的进行可以从上端溢出，进入到外筒中。

内筒中的石墨悬浮液的液面与放电等离子体接触，随着悬浮液的流动进入外筒中，新的液面内分子与放电等离子体接触；导流板设计在内筒内部，为圆筒状，在导流板中间设置进料管，进料管上部为进料分布器。

出料口连接在外筒下方，是等离子体反应器中产物流出的通道，由出料口流出的物料直接注入到第一离心分离机中，进行所述方法步骤（3）的杂质分离过程。

利用氧气或空气作为放电气体，在放电体系中产生一系列的自由基，如•O₂、O₃ ^－、H₂O^－、•OH，臭氧在水中时刻发生氧化反应，其氧化途径可由臭氧直接作用于石墨分子，也可由其分解产生的中间产物•OH 与石墨分子反应。等离子体放电产生的•OH 的标准还原电位很高，它容易攻击高电子云密度的石墨分子部位，容易加在碳键上脱去有机分子上的一个氢，形成R自由基，R自由基又被水中溶解氧进一步转化成 ROO•，由此一系列的反应使得到提纯石墨前驱体。

H₂O电离直接形成 OH· 的主要反应式：

H₂O + e* → H₂O ^* + 2e

→ H· + OH·

H₂O + e* (12.6eV) → H₂O ⁺ + 2e

e * + H₂O → e^-aq

生成水合离子e^-aq，它是一种具有独特性能的自由基诱导如下反应形成 OH·

H₂O⁺ + e^-aq → H³O⁺ + OH·+ H₂O + e

H₂O⁺ + e^-aq → H⁺ + OH· + H₂O + e

氧气的解离过程如下：

O₂离解、电离的主要反应式：

O₂ (X³∑⁻g ) + e* (6.1eV) →O(³P)+ O(³ P) + e

O₂ (X³∑⁻g ) + e* (8.4eV) → O(³P)+ O(¹D) + e

O₂ (X³∑⁻g ) + e* (12.5eV) → O₂ ⁺ + e

O₂ (X³∑⁻g ) + e* → O(³P)+ O⁺( 4S^o) + 2e

以 O₂电离为主产生OH·的主要反应式：

O₂ ⁺ 和 H₂O形成水合离子 O₂ ⁺ (H₂O)

O₂ ⁺ + H₂O + M → O₂ ⁺ (H₂O) + M

水合离子分解产生 OH·

O₂ ⁺ (H₂O) + H₂O → H₃O ⁺ + O₂ + OH·

O₂ ⁺ (H₂O) + H₂O → H₃O⁺(OH)+ O₂

H₃O⁺(OH) + H₂O → H₃O⁺ + H₂O + OH·

由此可以看出，在放电过程中产生大量用于石墨氧化的高级氧化剂活性物，在与石墨分子的接触过程中发生化学反应，生成石墨提纯前驱体。

在提纯石墨前驱体制备过程中，羟基自由基等含氧基团最先与石墨边缘、缺陷等高活性位点的碳原子相结合，随着反应程度的增加，边缘的含氧官能团也被演化为羰基和羧基等，进一步则结构中的共轭π键被破坏，碳原子杂化方式由sp²转变为sp³，在边缘基面的碳原子形成大量的环氧基和碳羟基，并随着反应程度的增加未反应的sp²平面域尺寸越来越小，因此，结构中含氧基团的量与反应程度密切相关，反应程度越高，结构中含氧基团的量越高。石墨经过前驱体反应后，结构中的含氧基团以羟基和环氧基为主，羧基及羰基仅位于结构边缘和缺陷处。

上述方法的步骤（3）、（4）中，石墨样品经过等离子体反应后，暴露出主要杂质矿物，如石英、白云母等，利用石墨杂质矿物和提纯石墨前驱体的比重差异，通过离心的方式将杂质和提纯石墨前驱体分离。

上述方法中的步骤（5）的组合剂为水合肼、纯肼、对苯二酚的NaOH溶液。

本发明的技术方法，利用原矿固定碳含量为80.28％、灰分16.1％的石墨粉提纯，得到最佳固定碳含量为99.8％以上的高纯石墨。图4为一个试样提纯前石墨扫描电镜图，图5为提纯后的石墨扫描电镜图。

从图4、图5可以看出，石墨提纯后，石墨鳞片结构比较完整，上面细小的石墨杂质已经被清除掉，使石墨含碳量得到提高。

本发明进一步保护以所述方法制备得到的高纯石墨。

同现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明针对石墨提纯中存在的问题，采用介质阻挡放电等离子体产生的活性粒子制备提纯石墨前驱体，所以本发明的技术方法避免了大量的化学试剂的使用，节约了大量非金属矿资源，并且放电等离子体产生的活性粒子是在大气压下放电等离子体产生的，可以用放电等离子体参数控制提纯石墨前驱体的化学反应过程，工艺过程易于控制；不使用酸、碱、氯化物，反应过程无废气、废液排放，对环境无污染，符合绿色化学的要求；该方法制备的高纯石墨产品质量好、生产能耗有效降低、生产成本下降，可以实现在放电等离子体作用下的连续化生产，具有很强的实际应用推广价值。

具体实施方式2：

如附图3所示，所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，同实施方式1相比，区别在于：等离子体反应器出料口出来的物料注入缓冲罐中，在缓冲罐中的物料有两条路径，其一是石墨悬浮液与等离子体反应达到预期指标后的物料即提纯石墨前驱体产物，将其注入到第一离心分离机中，其二是石墨悬浮液与等离子体反应没有达到预期指标，即没有完全反应的半成品，将其注入到内筒中，继续与等离子体反应，水溶罐中的物料根据缓冲罐回到等离子体反应器中物料的多少，而降低进料量，从而实现更优化的提纯石墨前驱体的制备。

上述方法中的步骤（2），气体和原料的进料比如下：

m（氧气）：m（石墨）＝1:4。

步骤（2）利用介质阻挡放电产生的等离子体，含有离子、电子、激发态原子、分子、自由基等这些极活泼的化学反应物种，因此在反应体系中就存在粒子之间碰撞，在碰撞过程中进行能量传递。电子先从电场获得能量，通过激发或电离将能量转移到分子或原子中去，那些获得能量的分子或原子被激发，同时有部分分子被电离，而成为活性基团。然后这些活性基团与分子或原子、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。另外，高能电子也能被氧气等电子亲和力较强的物质俘获，成为负离子。这类负离子具有很好的化学活性，在前驱体制备反应中起着重要的作用。

具体实施方式3：

所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，同实施例1相比，区别在于：方法步骤（1）中石墨含量为50%，加入石墨粉料质量5%的羧甲基纤维素钠，每克石墨粉料加入98%硫酸的量不少于27ml；

方法步骤（2）中，等离子体反应器温度为150℃，放电气体为氧气，流量为2L/min，石墨悬浮液流速为10L/min；高压电极为不锈钢材质，表面加工有纵横交错的沟槽，相邻沟槽宽度在1mm，深度2mm，电介质板为α-Al₂O₃，内筒筒口所在平面与电介质板之间有距离为7mm。

方法步骤（3）中，第一离心分离机在350 r/min的转速下，分离10min；

方法步骤（4）中，第二离心分离机在10000 r/min下离心处理15min；

方法步骤（5）中，在温度为90℃下注入组合剂，反应时间为0.5h。

具体实施方式4：

所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，同实施例1相比，区别在于：方法步骤（1）中石墨含量为60%，加入石墨粉料质量0.75%的聚甲基丙烯酸钠，每克石墨粉料加入98%硫酸的量不少于30ml；

方法步骤（2）中，等离子体反应器温度为75℃，放电气体为氧气，流量为0.15L/min，石墨悬浮液流速为8L/min；高压电极为不锈钢材质，表面加工有纵横交错的沟槽，相邻沟槽宽度在1mm，深度2mm，电介质板为α-Al₂O₃，内筒筒口所在平面与电介质板之间有距离为5mm。

方法步骤（3）中，第一离心分离机在300 r/min的转速下，分离7min；

方法步骤（4）中，第二离心分离机在9000 r/min下离心处理8min；

方法步骤（5）中，在温度为50℃下注入组合剂，反应时间为2h。

具体实施方式5：

所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，同实施例1-4相比，区别在于：气体和原料石墨的进料比为：m（氧气）：m（石墨）＝1:2。

具体实施方式6：

所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，同实施例1-4相比，区别在于：气体和原料石墨的进料比为：m（氧气）：m（石墨）＝1:4。

具体实施方式7：

所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，同实施例1-4相比，区别在于：气体和原料石墨的进料比为：m（氧气）：m（石墨）＝1:10。

具体实施方式8：

所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，同实施例1相比，区别在于：方法步骤（1）中所述的表面活性剂为聚丙烯酸钠，浓度为0.2%。

具体实施方式9：

所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，同实施例1相比，区别在于：方法步骤（1）中所述的表面活性剂为聚丙烯酸钠，浓度为1%。

具体实施方式10：

所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，利用实施例1的实验条件，做组合剂实验，组合剂为水合肼、纯肼、对苯二酚的NaOH溶液，几种组合剂的协同作用可以提高提纯石墨的含碳量，单独使用一种的含碳量提高幅度没有水合肼、纯肼、对苯二酚、NaOH溶液组合时提纯的石墨含碳量高。

利用含碳量79.4%的石墨制成悬浮液，在NaOH纯度为96%，水合肼、纯肼、对苯二酚为化学纯，超纯净水为溶剂，放电气体为氧气，流量为0.1L/min条件下，具体实验数据如下表：

组合剂单独使用一种不能达到最佳的实验效果，需要几种配合使用，以达到相同实验条件下的最佳提纯效果。

Claims (8)

1.一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)石墨悬浮液制备，将石墨投入到水溶罐中，在搅拌下制成石墨悬浮液；

(2)提纯石墨前驱体制备，将步骤(1)得到的石墨悬浮液通入到等离子体反应器中，在一定温度、浓硫酸存在下进行一定时间的反应，得到提纯石墨前驱体产物；等离子体反应器为介质阻挡放电多针-板式放电结构，等离子体反应器的温度为50-150℃，放电气体为空气或氧气，流量为0.1-2L/min，石墨悬浮液进料流速为1-10L/min，气体和石墨原料的进料比为：m_氧气：m_石墨＝1:2-10；

(3)石墨杂质离心分离，将步骤(2)得到的提纯石墨前驱体产物注入到第一离心分离机中，在低于350r/min的转速下进行离心分离，将离心残渣分离出去，得到的悬浊液为第一离心悬浊液；

(4)提纯石墨前驱体固液分离，将步骤(3)得的第一离心悬浊液通入到第二离心分离机中，在高于8000r/min的转速下进行离心分离，固液分离后得到的离心固体产物为提纯石墨前驱体产物；

(5)高纯石墨制备，将步骤(4)得到的提纯石墨前驱体产物注入到石墨罐中，在一定温度下注入组合剂，反应一定时间后获得高纯石墨。

2.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，其特征在于：方法步骤(1)所述的石墨水悬浮液中石墨含量大于20％，加入石墨粉料质量0-5％的表面活性剂，加入98％的硫酸作为催化剂，在搅拌下制成石墨悬浮液。

3.根据权利要求2所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，其特征在于：所述的表面活性剂为羧甲基纤维素钠，质量百分比浓度为0.6-2％；或者聚甲基丙烯酸钠，质量百分比浓度为0.15-0.75％；或者聚丙烯酸钠，质量百分比浓度为0.2-1％；每克石墨粉料加入98％硫酸的量不少于20ml。

4.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，其特征在于：方法步骤(2)的产物注入到缓冲罐中，缓冲罐中的物料达到预期指标的注入第一离心分离机中，进行石墨杂质离心分离；没有达到预期指标的物料，再注入到等离子体反应器中。

5.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，其特征在于：方法步骤(3)中所述的第一离心分离机在150-350r/min的转速下，分离3-10min。

6.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，其特征在于：方法步骤(4)中所述的第二离心分离机在8000-10000r/min的转速下离心处理5-15min。

7.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，其特征在于：方法步骤(5)在20-90℃温度下注入组合剂，反应时间为0.5-4h。

8.根据权利要求7所述的一种介质阻挡放电等离子体石墨提纯方法，其特征在于：所述的组合剂为水合肼、纯肼、对苯二酚的NaOH溶液。

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