專利名稱：一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳材料加工領(lǐng)域，特別是一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法。
背景技術(shù)：
在水性電化學(xué)環(huán)境，材料的金屬雜質(zhì)離子對(duì)電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程或者對(duì)電化學(xué)反應(yīng)催化劑有影響，特別是質(zhì)子交換膜燃料電池和全釩液流電池。膨脹石墨材料(又稱膨脹石墨)具有優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱耐腐蝕特點(diǎn)，容易成型，是雙極板材料的選擇之一。膨脹石墨材料是采用天然鱗片石墨經(jīng)過(guò)硫酸、氧化劑處理得到的可膨脹石墨，然后在高溫下瞬間膨脹、成型得到的。在材料中由于天然鱗片石墨本身殘留無(wú)機(jī)鹽和在加工和成型過(guò)程中接觸產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽和銹潰等，使材料的純度難以滿足電化學(xué)電池環(huán)境要求?，F(xiàn)有的技術(shù)中一般通過(guò)將鱗片石墨提純得到高純石墨，再經(jīng)可膨脹石墨制得膨脹 石墨材料。成本較高,不利于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明采用的方法就是為了清除膨脹石墨材料和膨脹石墨材料中金屬氧化物和金屬鹽，使材料適用于水性電化學(xué)環(huán)境，特別適用于質(zhì)子交換膜燃料電池和全釩液流電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，能夠得到高純度的膨脹石墨，且工藝簡(jiǎn)單，成本較低。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，包括以下步驟
1)配制氫氟酸和鹽酸或硝酸至少一種酸液的混合酸液，混合酸液中，氫氟酸質(zhì)量濃度為5-10%，鹽酸或硝酸至少一種酸液的質(zhì)量濃度為5-10% ；
2)將可膨脹石墨加入混合酸液中，進(jìn)行浸泡，時(shí)間為2-5h；
3)將浸泡后的物料進(jìn)行過(guò)濾脫酸，用純水洗滌至pH為6-7，烘干；
4)將干燥后的可膨脹石墨進(jìn)行膨化、碾壓，得膨脹石墨材料；
5)將膨脹石墨材料在去離子水中浸泡，用鹽酸或硝酸將去離子水PH值調(diào)整到1-3，浸泡時(shí)間4-12h ；
6)將浸泡的膨脹石墨材料在超純水中浸泡洗滌、干燥，得去金屬離子膨脹石墨材料。步驟2)所述的可膨脹石墨由中碳或高碳鱗片石墨制成，未經(jīng)干燥直接加入混合酸液中。步驟2)所述可膨脹石墨浸泡在混合酸液中，可膨脹石墨與混合酸液的重量比在于
I :0· 8—I. 2ο步驟2 )中浸泡時(shí)間為5h。步驟5)中浸泡時(shí)間為12h。步驟6)中所述超純水電阻率高于12ΜΩ · cm以上。步驟6)中洗滌水pH值達(dá)到6以上為洗滌終點(diǎn)。
步驟6)中干燥溫度低于350°C。本發(fā)明采用氫氟酸和鹽酸或硝酸至少一種酸液的混合液，在強(qiáng)酸性環(huán)境下將可膨脹石墨中的硅酸鹽、碳酸鹽或其它鹽類分解溶解，通過(guò)純水稀釋洗滌；將此處理的可膨脹石墨制造成膨脹石墨材料后，因機(jī)械加工過(guò)程產(chǎn)生的銹潰等采用鹽酸或硝酸浸泡溶解，采用超純水稀釋洗滌，干燥后得到去金屬離子膨脹石墨材料。本發(fā)明提供的一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，先采用中碳或高碳鱗片石墨生產(chǎn)可膨脹石墨，再進(jìn)行化學(xué)方法純化，得到純度較高的可膨脹石墨，改變了傳統(tǒng)工藝中先進(jìn)行提純?cè)僦圃炜膳蛎浭纳a(chǎn)順序，本發(fā)明減少了純化過(guò)程之后的烘干過(guò)程，節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間，降低了能耗并提高了生產(chǎn)效率?？膳蛎浭苽溥^(guò)程中脫出的酸可以回收利 用，化學(xué)純化過(guò)程中脫出的酸也可以回收利用，利于環(huán)保生產(chǎn)。另外本發(fā)明采用提純處理的可膨脹石墨在高溫下膨脹、成型得膨脹石墨材料，然后經(jīng)加有少許鹽酸或者硝酸的去離子水浸泡，再經(jīng)超純水浸泡洗滌，干燥、成型，得到優(yōu)異的去金屬離子膨脹石墨材料。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。實(shí)施例I :
可膨脹石墨的制備在反應(yīng)釜中加入80目固定碳含量為95%的天然鱗片石墨1000kg，加硝酸銨顆粒150kg，攪拌混合均勻，再加入98%濃硫酸2000kg，攪拌反應(yīng)10分鐘，再加入98%濃硫酸500kg，攪拌反應(yīng)45分鐘。將反應(yīng)好的石墨自流到吊袋離心脫水機(jī)脫酸20分鐘，取出脫酸的石墨加到灌有5m3的水中攪拌浸泡，浸泡時(shí)間約5-10分鐘，然后通過(guò)離心脫水機(jī)脫水，得可膨脹石墨，可膨脹石墨中含水量控制在20-30%?；旌纤嵋旱呐渲迫?00kg質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸，再加入200kg質(zhì)量濃度為36%的鹽酸，加水200kg，混勻得混合酸液，由于可膨脹石墨中含水量較多，配制混合酸液時(shí)加水相對(duì)較少。酸液浸泡將制得的可膨脹石墨直接加入配制好的混合酸液中浸泡，可膨脹石墨與混合酸液的重量比為1:0. 8,時(shí)間為2. 5h。浸泡之后，用離心脫水機(jī)脫酸，脫出的酸可回收，脫酸后繼續(xù)采用去離子水洗滌，直到洗滌水PH達(dá)到6以上。取出可膨脹石墨，在80°C以下的溫度下干燥，水分不高于2%。采用天然氣燃燒器爐子將可膨脹石墨在850°C膨脹，得到膨脹石墨，測(cè)試其灰分含量為O. 08% ;膨脹石墨經(jīng)壓延機(jī)預(yù)壓成型，得到密度為O. 2g/cm3厚度為7mm的膨脹石墨泡沫材料。將膨脹石墨泡沫材料在電導(dǎo)為O. Is/cm去離子水中浸泡2h，測(cè)得電導(dǎo)率為240s/cm。將膨脹石墨泡沫材料放在容器內(nèi)固定，膨脹石墨泡沫裁切成500x500mm的塊體材料，加入O. Is/cm超純水浸沒(méi)膨脹石墨泡沫材料，采用硝酸調(diào)整浸泡水的PH值為1，浸泡時(shí)間為8h，然后用超純水對(duì)其進(jìn)行浸泡洗滌，至浸泡液的PH達(dá)到6，取出膨脹石墨泡沫材料，并放入烘箱中烘干，烘干溫度在200°C，得去金屬離子膨脹石墨材料。
將去金屬離子膨脹石墨材料在電導(dǎo)率為O. I μ s/cm去離子水中浸泡2h，測(cè)得電導(dǎo)率為 O. 8 μ s/cm。本實(shí)施例提供了可膨脹石墨的制備方法，只為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例2
1)配制氫氟酸和硝酸的混合酸液，在200kg質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸中加入50kg質(zhì)量濃度為63. 5%的硝酸配成混合酸液，加水350kg ;由于可膨脹石墨中含水量較多，配制混合酸液時(shí)加水相對(duì)較少；
2)將同實(shí)施例I一樣的方法剛生產(chǎn)的未經(jīng)干燥的可膨脹石墨加入混合酸液中，可膨脹 石墨與混合酸液的重量比為1:1. 2,進(jìn)行浸泡，時(shí)間為5h ；
3)將浸泡后的物料進(jìn)行過(guò)濾脫酸，用純水洗滌至pH為6-7，烘干；
4)將干燥后的可膨脹石墨進(jìn)行膨化、碾壓，得膨脹石墨材料；
5)將膨脹石墨材料在去離子水中浸泡，用硝酸將去離子水pH值調(diào)整到3，浸泡時(shí)間
12h ；
6)將浸泡的膨脹石墨材料在電阻率高于12ΜΩ·_的超純水中浸泡洗滌，洗滌水pH值達(dá)到6以上為洗滌終點(diǎn)，在300°C干燥膨脹石墨材料，將去金屬離子膨脹石墨材料在電導(dǎo)率為O. I μ s/cm去離子水中浸泡2h,測(cè)得電導(dǎo)率為O. 7 μ s/cm。實(shí)施例3
將同實(shí)施例I 一樣方法生產(chǎn)的可膨脹石墨干燥，干燥的可膨脹石墨含水量控制在2%以內(nèi)?；旌纤嵋旱呐渲迫?00kg質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸，再加入200kg質(zhì)量濃度為36%的鹽酸，加水400kg，混勻得混合酸液。酸液浸泡將制得的可膨脹石墨直接加入配制好的混合酸液中浸泡，可膨脹石墨與混合酸液的重量比為1:1，時(shí)間為3h。其他浸泡工藝和后續(xù)處理同實(shí)施例I。最終的膨脹石墨材料在電導(dǎo)率為O. I μ s/cm去離子水中浸泡2h，測(cè)得電導(dǎo)率為
O.8 μ s/cm。
權(quán)利要求
1.一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，其特征在于包括以下步驟 1)在氫氟酸中加入鹽酸、硝酸兩者中的至少一種酸液制成混合酸液，混合酸液中，氫氟酸質(zhì)量濃度為5-10%，鹽酸或硝酸至少一種酸液的質(zhì)量濃度為5-10% ； 2)將可膨脹石墨加入混合酸液中，進(jìn)行浸泡，時(shí)間為2-5h； 3)將浸泡后的物料進(jìn)行過(guò)濾脫酸，用純水洗滌至pH為6-7，烘干； 4)將干燥后的可膨脹石墨進(jìn)行膨化、碾壓，得膨脹石墨材料； 5)將膨脹石墨材料在去離子水中浸泡，用鹽酸或硝酸將去離子水pH值調(diào)整到1-3，浸泡時(shí)間4-12h ； 6)將浸泡的膨脹石墨材料在超純水中浸泡洗滌、干燥，得去金屬離子膨脹石墨材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，其特征在于步驟2)所述的可膨脹石墨由中碳或高碳鱗片石墨制成，未經(jīng)干燥直接加入混合酸液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，其特征在于步驟2)所述可膨脹石墨浸泡在混合酸液中，可膨脹石墨與混合酸液的重量比在于I :O.8_1· 2 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，其特征在于步驟2)中浸泡時(shí)間為5h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，其特征在于步驟5)中浸泡時(shí)間為12h。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，其特征在于步驟6)中所述超純水電阻率高于12ΜΩ · cm以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，其特征在于步驟6)中洗滌水pH值達(dá)到6以上為洗滌終點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，其特征在于步驟6)中干燥溫度低于350°C。
全文摘要
一種去金屬離子膨脹石墨材料的制造方法，將新制備的可膨脹石墨濕料通過(guò)酸浸泡提純，然后將可膨脹石墨膨化、碾壓，得膨脹石墨材料；再將膨脹石墨材料在去離子水中浸泡，去離子水調(diào)整為酸性環(huán)境，除去膨化碾壓過(guò)程中引入的雜質(zhì)，最后將浸泡的膨脹石墨材料用超純水浸泡洗滌、干燥，得去金屬離子膨脹石墨材料。本發(fā)明提供的方法，工藝流程合理，方法簡(jiǎn)單，易于運(yùn)用到生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102897755SQ20121034028
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者傅云峰, 易雪融 申請(qǐng)人:中科恒達(dá)石墨股份有限公司