專利名稱：可膨脹微粉石墨的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型工程材料的制備方法，特別是一種可膨脹微粉石墨的制備方法。
背景技術(shù)：
可膨脹石墨屬于一種新型工程材料，它不僅保持石墨優(yōu)異的理化性質(zhì)，如化學(xué)穩(wěn)定性強、耐高溫和低溫、耐腐蝕、強導(dǎo)電導(dǎo)熱性以及安全無毒等，而且由于插入物質(zhì)與石墨碳層的相互作用而呈現(xiàn)出獨特的物理與化學(xué)特性，經(jīng)過高溫作用后形成的膨脹石墨具有較大的表面活性及極強的吸附性能、高導(dǎo)電性、同位素分離效應(yīng)、催化效應(yīng)、密封效應(yīng)等，已被廣泛的用于石油化工、冶金、機械、原子能、熱電等行業(yè)的密封，享有“密封王”的美譽。不僅如此，它還廣泛的應(yīng)用在航空、航天、化工、石油、電子、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
目前常見的可膨脹石墨都是以粒徑在幾十微米以上的天然鱗片石墨為原材料，用硫酸、硝酸等強酸作為插入劑和氧化劑，重鉻酸鉀、高錳酸鉀等強氧化劑作為氧化劑，制成膨脹容積在60mL·g-1以上的可膨脹石墨。有關(guān)可膨脹石墨的制備方法，如1996年第4卷第3期的《合成化學(xué)》中“制備低硫可膨脹石墨的新方法”公開可膨脹石墨制備過程為將50g的天然鱗片石墨(含碳99％，60目)、50g乙酸酐、6.5g濃硫酸和3g高錳酸鉀依次加至干燥的三頸燒瓶中，三口分別裝溫度計、攪拌器和冷凝管；混勻，于25℃反應(yīng)2h后，水洗至中性，50℃～60℃烘干，得低硫可膨脹石墨，其膨脹容積在175mL·g-1～250mL·g-1之間?，F(xiàn)有制備方法存在的缺陷是用于插層的石墨粒徑都在幾十微米以上，而且膨脹容積較大，在60mL·g-1以上，其膨脹后得到的蠕蟲狀膨脹石墨粒徑都在1mm以上。由于對粒徑只有幾個微米的微粉石墨插層困難，而且對插層后得到膨脹容積在20mL·g-1以下的低膨脹容積的可膨脹微粉石墨的工藝條件較難控制，使得可膨脹微粉石墨的應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對粒徑在10μm以下的微粉石墨進行插層，得到膨脹容積在14mL·g-1以下的可膨脹微粉石墨的制備方法。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為一種可膨脹微粉石墨的制備方法，包括以下步驟第一步，選擇10μm以下的微粉石墨為原材料，用冰醋酸或者冰醋酸與濃硫酸的混合液為插入劑，用重鉻酸鉀、高錳酸鉀或者過硫酸銨為氧化劑按比例加入反應(yīng)器中，在恒溫條件下攪拌進行插層反應(yīng)得到插層產(chǎn)物；第二步，將插層產(chǎn)物過濾，并水洗至中性；第三步，將水洗后的插層產(chǎn)物烘干后，制得可膨脹微粉石墨。
本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法的微粉石墨與冰醋酸、濃硫酸、重鉻酸鉀的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶2.0～12.0∶1.5～2.6。
本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法的微粉石墨與冰醋酸、重鉻酸鉀的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶1.5～2.6。
本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法的微粉石墨與冰醋酸、濃硫酸、高錳酸鉀的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶2.0～12.0∶0.8～2.0。
本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法的微粉石墨與冰醋酸、高錳酸鉀的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶0.8～2.0。
本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法的微粉石墨與冰醋酸、濃硫酸、過硫酸銨的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶2.0～12.0∶2.6～5.4。
本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法的微粉石墨與冰醋酸、過硫酸銨的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶2.6～5.4。
本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法的插層反應(yīng)的反應(yīng)溫度為20℃～50℃，反應(yīng)時間為30min～60min。
本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法的烘干溫度為60℃～70℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點是(1)對粒徑在10μm以下之間的微粉石墨進行插層，為現(xiàn)有的可膨脹石墨提供了新品種，即可膨脹微粉石墨；(2)得到的可膨脹微粉石墨的膨脹容積在4.5mL·g-1～14.0mL·g-1之間，經(jīng)高溫膨脹后得到的膨脹石墨的粒徑范圍為4μm～20μm，提供了低膨脹容積的可膨脹石墨；(3)當(dāng)只以冰醋酸為插入劑，以重鉻酸鉀、高錳酸鉀或過硫酸銨為氧化劑時，制得的可膨脹微粉石墨不含硫，從而提高了材料的耐腐蝕性；(4)本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法反應(yīng)速度快、條件溫和、易于操作、便于工業(yè)化生產(chǎn)。
四

圖1是本發(fā)明可膨脹微粉石墨制備方法的流程示意圖。
圖2是本發(fā)明可膨脹微粉石墨制備方法的反應(yīng)過程圖五具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明可膨脹微粉石墨的制備方法包括以下步驟第一步，選擇10μm以下的微粉石墨為原材料，用冰醋酸或者冰醋酸與濃硫酸的混合液為插入劑，用重鉻酸鉀、或者高錳酸鉀、或者過硫酸銨為氧化劑按一定比例依次加入反應(yīng)器中，在一定溫度范圍內(nèi)的恒溫條件下攪拌進行插層反應(yīng)，得到插層產(chǎn)物。因為石墨是具有層狀結(jié)構(gòu)的晶體。在這種晶體中，每一層的碳原子以強有力的共價鍵結(jié)合成網(wǎng)狀平面大分子，而層與層之間以很弱的范德華力相結(jié)合。在強氧化劑重鉻酸鉀(或高錳酸鉀、或過硫酸銨、或濃硫酸)的作用下，網(wǎng)狀平面大分子帶有正電荷，層與層之間同性電荷相斥，使石墨層間距離加大，硫酸氫根負(fù)離子、冰醋酸分子在擴散力的作用下插入石墨層間，形成石墨層間化合物，這樣使層間距離進一步變大。其反應(yīng)過程如圖2所示。
式中[O]代表氧化劑，①、②為兩種方案，方案①是用冰醋酸與濃硫酸的混合液為插入劑，方案①是用冰醋酸為插入劑。
第二步，將插層產(chǎn)物過濾，并水洗至中性，使濾液pH值在6.5～7之間。
第三步，將水洗后的插層產(chǎn)物烘干后，制得可膨脹微粉石墨。
實施例1第一步將3g8μm的微粉石墨、18mL冰醋酸、6mL濃硫酸(如98％的濃硫酸)、5g重鉻酸鉀依次加入到反應(yīng)器中，進行插層反應(yīng)，30℃恒溫水浴加熱，攪拌60min；第二步將第一步得到的產(chǎn)物過濾，并水洗至中性，濾液pH值控制在6.5～7之間；第三步將第二步得到的濾餅在60℃～70℃烘干，得到可膨脹微粉石墨，參照GB10698-89中膨脹容積的測定方法測得產(chǎn)品的膨脹容積為9.45mL·g-1。
實施例2第一步將3g5μm的微粉石墨、12mL冰醋酸、6g重鉻酸鉀依次加入到反應(yīng)器中，進行插層反應(yīng)，50℃恒溫水浴加熱，攪拌40min；第二步、第三步同實施例1。參照GB 10698-89中膨脹容積的測定方法測得產(chǎn)品的膨脹容積為6.25mL·g-1。
實施例3第一步將3g6μm的微粉石墨、42mL冰醋酸、11.5mL濃硫酸、3.6g高錳酸鉀依次加入到反應(yīng)器中，進行插層反應(yīng)，20℃恒溫水浴加熱，攪拌30min；第二步、第三步同實施例1。參照GB 10698-89中膨脹容積的測定方法測得產(chǎn)品的膨脹容積為11.60mL·g-1。
實施例4第一步將3g4μm的微粉石墨、24mL冰醋酸、4g高錳酸鉀依次加入到反應(yīng)器中，進行插層反應(yīng)，40℃恒溫水浴加熱，攪拌40min；第二步、第三步同實施例1。參照GB 10698-89中膨脹容積的測定方法測得產(chǎn)品的膨脹容積為5.82mL·g-1。
實施例5第一步將3g7μm的微粉石墨、26mL冰醋酸、19mL濃硫酸、8g過硫酸銨依次加入到反應(yīng)器中，進行插層反應(yīng)，20℃恒溫水浴加熱，攪拌50min；第二步、第三步同實施例1。參照GB 10698-89中膨脹容積的測定方法測得產(chǎn)品的膨脹容積為12.77mL·g-1。
實施例6
第一步將3g3μm的微粉石墨、28mL冰醋酸、14g過硫酸銨依次加入到反應(yīng)器中，進行插層反應(yīng)，30℃恒溫水浴加熱，攪拌60min；第二步、第三步同實施例1。參照GB 10698-89中膨脹容積的測定方法測得產(chǎn)品的膨脹容積為6.13mL·g-1。
權(quán)利要求
1.一種可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于包括以下步驟第一步，選擇10μm以下的微粉石墨為原材料，用冰醋酸或者冰醋酸與濃硫酸的混合液為插入劑，用重鉻酸鉀、高錳酸鉀或者過硫酸銨為氧化劑按比例加入反應(yīng)器中，在恒溫條件下攪拌進行插層反應(yīng)得到插層產(chǎn)物；第二步，將插層產(chǎn)物過濾，并水洗至中性；第三步，將水洗后的插層產(chǎn)物烘干后，制得可膨脹微粉石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于微粉石墨與冰醋酸、濃硫酸、重鉻酸鉀的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶2.0～12.0∶1.5～2.6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于微粉石墨與冰醋酸、重鉻酸鉀的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶1.5～2.6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于微粉石墨與冰醋酸、濃硫酸、高錳酸鉀的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶2.0～12.0∶0.8～2.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于微粉石墨與冰醋酸、高錳酸鉀的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶0.8～2.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于微粉石墨與冰醋酸、濃硫酸、過硫酸銨的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶2.0～12.0∶2.6～5.4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于微粉石墨與冰醋酸、過硫酸銨的質(zhì)量比為1.0∶4.0～15.0∶2.6～5.4。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于插層反應(yīng)的反應(yīng)溫度為20℃～50℃，反應(yīng)時間為30min～60min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于將插層產(chǎn)物水洗過濾，使濾液pH值在6.5～7之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的可膨脹微粉石墨的制備方法，其特征在于烘干，烘干的干燥溫度為60℃～70℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可膨脹微粉石墨的制備方法。它包括以下步驟第一步，選擇10μm以下的微粉石墨為原材料，用冰醋酸或者冰醋酸與濃硫酸的混合液為插入劑，用重鉻酸鉀、或高錳酸鉀、或過硫酸銨為氧化劑按比例加入反應(yīng)器中，在恒溫條件下攪拌進行插層反應(yīng)得到插層產(chǎn)物；第二步，將插層產(chǎn)物過濾，并水洗至中性；第三步，將水洗后的插層產(chǎn)物烘干后，制得可膨脹微粉石墨。本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點反應(yīng)速度快、條件溫和、易于操作、便于工業(yè)化生產(chǎn)；得到的可膨脹微粉石墨的膨脹容積在4.5mL·g
文檔編號C04B35/536GK1884059SQ20051004076
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者王乃巖, 張進, 宋東明, 喬明 申請人:南京理工大學(xué)