CN1212971C - 一种无硫膨化石墨的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种无硫膨化石墨的制备方法是将高氯酸、高锰酸钾、天然鳞片石墨按天然鳞片石墨∶高锰酸钾∶高氯酸间＝1∶0.05-0.5∶1-7的质量比混合后，在反应温度30-70℃条件下，反应30-90分钟，制备出无硫可膨胀石墨，在200-1000℃下可以膨胀成高倍石墨。本发明具有工艺简单，易操作，制备的膨胀石墨不含硫，在200℃低温下可以膨胀成高倍石墨蠕虫在优点。
Description
技术领域：
本发明属于一种炭材料—膨胀石墨的制备方法，具体地说涉及一种低温可膨化的无硫、高倍膨胀石墨的制备方法。
背景技术：
膨胀石墨又名酸化石墨，通常在高温下可膨化为一种疏松的类似蠕虫状的物质，故名石墨蠕虫。它是制备柔性石墨的中间产品，在石油、机械、化工、核工业、宇航等领域有着十分广泛的应用前景。现在主要用于密封材料方面，素有“密封材料之王”的称号，大有完全代替石棉密封材料的趋势。自1963年美国联合碳化物公司发明以来，由于其独特的理化性能，受到了物理、化学、材料等领域的研究人员的极大青睐，对其进行了全方位多角度的研究和探索，使之成为新型碳材料的一个重要的分支领域。
制备膨胀石墨的原材料是天然鳞片石墨，由于其具有六角网状层面结构，层与层之间以较弱的范德华力结合，所以可以用人工的方法将异类分子、原子、或离子等插入石墨层间，生成一种石墨层间化合物。该层间化合物除保留了石墨的原有理化特性，同时由于碳原子层与插入层的相互作用又产生了许多新的特性，如高导电性、超导性、电池特性、催化剂特性、储氢特性等。因此，石墨层间化合物事实上是一类原子、分子尺度上的复合材料，本身属于纳米材料范畴。到目前为止，已合成出各种各样的石墨层间化合物。按插入层间的客体和主体石墨的相互作用类型可分为两大类：1.插入物与石墨层间有电荷转移，二者之间产生静电引力(电荷移动型)；2.插入物与碳原子形成共价键(共价键型)。就电荷移动型(绝大多数石墨层间化合物属于该类型)而言，当插入物与主体石墨为供电子性时，称之为供电子型石墨层间化合物；为受电子性时，则称之为受电子型石墨层间化合物。两种情况下都由于反应物的插入而引起层间距的增大，但石墨层面内的碳原子形成的sp2轨道不变，不丢失其平面性。这些化合物的结构特征是沿垂直于石墨层面方向(C轴方向)有规则地排列插入层和石墨层，并在平行于石墨层面的面内有规则地排列插入物。这类型的石墨层间化合物主要有碱金属-石墨型、卤素-石墨型、金属卤化物-石墨型、酸-石墨型等。
合成酸-石墨型可膨胀石墨的方法主要有两种：化学法和电化学法。大部分采用易插层的浓硫酸作插入剂，一般都经过氧化、酸化插层、水洗、干燥等几个工艺过程制备出酸化石墨，然后经高温(900-1100℃)膨化制石墨蠕虫，再进一步压型制各种柔性石墨材料。在柔性石墨的各种应用方面，杂质硫是不为人们所希望的。而柔性石墨中的硫含量来源于两个方面：一是原料天然鳞片石墨本身的硫含量。在高碳天然鳞片石墨中硫含量很少，一般少于200ppm，有的甚至不含硫。二是工艺过程中带入的。特别是采用硫酸作插入剂，在高温膨化后一部分含硫化合物残留于最终的石墨蠕虫中，导致其中的硫含量常高达3-4％。在无机材料学报，1997，12(2)：252一文章中采用硝酸-乙酸酐-高锰酸钾-天然鳞片石墨作过些无硫膨胀石墨方面的工作，但膨胀体积一般小于320ml/g，且必须是在高温900-1100℃下膨胀。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温可膨化的无硫膨胀石墨的制备方法。
本发明的制备方法包括如下步骤：
1.将高氯酸、高锰酸钾、天然鳞片石墨混合后，在反应温度30-70℃条件下，反应30-90分钟，制备出无硫可膨胀石墨；
2.将制备出无硫可膨胀石墨在200-1100℃下可以膨胀成高倍石墨。其中各组份质量比为：
天然鳞片石墨∶高锰酸钾∶高氯酸间＝1∶0.05-0.5∶1-7。
如上所述的高氯酸浓度为70-72Wt％。
如上所述的天然鳞片石墨的细度＜50目
本专利制备的可膨胀石墨在200-1000℃下可以膨胀成高倍石墨，膨胀倍数达330-700ml/g。
本发明具有如下优点：
1.工艺简单，易操作。
2.制备的膨胀石墨不含硫。
3.制备的膨胀石墨在200℃下可以膨胀成高倍石墨蠕虫，膨胀倍数达350ml/g，高温下亦可膨化。随膨化温度的提高，膨胀体积随之提高。这样，在较宽的膨化温度范围内200-1000℃可以选择不同的膨胀体积。
4.在200℃低温下可以膨胀成高倍石墨蠕虫，可使膨化炉的设计简化，节省能源，降低成本，改善操作环境。
具体实施方式：
实施例1
将浓度70Wt％高氯酸、高锰酸钾、细度＜50目的天然鳞片石墨按天然鳞片石墨∶高锰酸钾∶高氯酸间＝1∶0.05∶1的质量比混合后，在反应温度30℃条件下，反应30分钟，制备出无硫可膨胀石墨；制备出的可膨胀石墨在200℃下膨化，膨胀体积达330ml/g。在300℃下膨化，膨胀体积达350ml/g，在400℃下膨化，膨胀体积达360ml/g，在600℃下膨化，膨胀体积达400ml/g，在800℃下膨化，膨胀体积达450ml/g。在1000℃下膨化，膨胀体积达650ml/g
实施例2
将浓度71Wt％高氯酸、高锰酸钾、细度＜50目的天然鳞片石墨按天然鳞片石墨∶高锰酸钾∶高氯酸间＝1∶0.1∶3的质量比混合后，在反应温度50℃条件下，反应60分钟，制备出无硫可膨胀石墨；制备出的可膨胀石墨在石墨在200℃下膨化，膨胀体积达320ml/g。在300℃下膨化，膨胀体积达340ml/g，在400℃下膨化，膨胀体积达370ml/g，在600℃下膨化，膨胀体积达410ml/g，在800℃下膨化，膨胀体积达430ml/g。在1000℃下膨化，膨胀体积达610ml/g
实施例3
将浓度72Wt％高氯酸、高锰酸钾、细度＜50目的天然鳞片石墨按天然鳞片石墨∶高锰酸钾∶高氯酸间＝1∶0.2∶7的质量比混合后，在反应温度70℃条件下，反应90分钟，制备出无硫可膨胀石墨；制备出的可膨胀石墨在石墨在200℃下膨化，膨胀体积达350ml/g。在300℃下膨化，膨胀体积达370ml/g，在400℃下膨化，膨胀体积达390ml/g，在600℃下膨化，膨胀体积达480ml/g，在800℃下膨化，膨胀体积达650ml/g。在1000℃下膨化，膨胀体积达700ml/g。
Claims (1)
1.一种无硫膨化石墨的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将浓度为70-72Wt％的高氯酸、高锰酸钾和粒度小于0.34mm的天然鳞片石墨混合后，在反应温度30-70℃条件下，反应30-90分钟，制备出无硫膨胀石墨；
(2)制备出的无硫膨胀石墨在200-1000℃下膨胀成石墨蠕虫；
其中各组份质量比为：
天然鳞片石墨∶高锰酸钾∶高氯酸＝1∶0.05-0.5∶1-7。
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