一種無硫可膨脹石墨的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無硫可膨脹石墨的制備方法。 技術(shù)背景
[0002] 近年來油輪事故的頻繁發(fā)生及工業(yè)含油污水的盲目排放對(duì)水體環(huán)境造成了嚴(yán)重 污染，因此，海上溢油應(yīng)急處置工作已成為全球熱點(diǎn)問題。我國天然鱗片石墨儲(chǔ)量豐富，經(jīng) 過插層氧化處理后可制得可膨脹石墨，進(jìn)而通過高溫處理可得到膨脹石墨。膨脹石墨表面 為非極性脂肪烴基團(tuán)，內(nèi)部為微米級(jí)大孔結(jié)構(gòu)，具有蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，因此特別適合于吸附有機(jī) 大分子;另外由于它具有吸油后易于團(tuán)聚成塊且浮于水面的特性，使得其特別適合進(jìn)行粘 性油類的吸附處理。
[0003] 早在19世紀(jì)60年代初，Schaufautl將天然石墨與硫酸和硝酸等化學(xué)試劑作用后加 熱，發(fā)現(xiàn)了可膨脹石墨。制備可膨脹石墨的傳統(tǒng)方法是在高溫環(huán)境下用硫酸和硝酸混合，然 后和天然鱗片石墨反應(yīng)，即可得到可膨脹石墨。但其制備工藝反應(yīng)溫度較高，不易操作，并 且產(chǎn)品含硫量高，膨脹過程中還會(huì)釋放大量二氧化硫等有害氣體，污染環(huán)境，得到的膨脹石 墨的膨脹容積一般為200~300mL/g，膨脹效果并不是很好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種低溫操作、工藝簡單、不含硫且膨脹容積大、吸油效果 好的無硫可膨脹石墨的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] (1)制備材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:天然鱗片石墨：高錳酸鉀：高氯酸=1: 0.37~0.42:8.5~9.0,所述天然鱗片石墨粒度為32目、含碳量為99.9%;所述高氯酸質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為70~72 %。
[0007] (2)-次氧化插層:將天然鱗片石墨與高錳酸鉀混合，之后加入高氯酸，采用高錳 酸鉀做氧化劑、高氯酸做插層劑，不斷攪拌，在20~25°C的條件下反應(yīng)60~70min;
[0008] (3)二次插層：按上述混合液與飽和磷酸氫二鉀溶液的體積比1: 2.0~2.5的比例 在20~25°C的條件下浸泡60~80min，進(jìn)行二次插層反應(yīng)；
[0009] (4)充分反應(yīng)后，水洗至pH值為5~7,抽濾脫水，在60°C條件下烘干，制得無硫可膨 脹石墨，最后在950°C的馬弗爐中膨化得到可以吸附油類污染物的膨脹石墨，該膨脹石墨的 膨脹容積為400~430mL/g。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0011 ] 1、無需高溫操作，簡單、安全、節(jié)能，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；
[0012] 2、制備可膨脹石墨的工藝過程中不加入含硫物質(zhì)，因此在高溫制備膨脹石墨的過 程中，不產(chǎn)生二氧化硫污染物，制備的膨脹石墨產(chǎn)品也不含硫，提高了膨脹石墨的抗腐蝕 性；
[0013] 3、采用二次插層制備工藝，插層效果好，膨脹容積高，達(dá)到了400~430mL/g。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例1
[0015] 將3g粒度為32目、含碳量為99.9%的天然鱗片石墨與l.llg高錳酸鉀混合，之后加 入20.4mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70~72%的高氯酸，不斷攪拌，在20°(3的條件下反應(yīng)6〇1^11，反應(yīng)結(jié)束 后，用50mL飽和磷酸氫二鉀溶液在室溫下浸泡60min，進(jìn)行二次插層反應(yīng);充分反應(yīng)后，水洗 至pH值為7,抽濾脫水，在60°C的條件下烘干24h，制得無硫可膨脹石墨;將制得的可膨脹石 墨在950°C的馬弗爐中高溫膨脹10s，即得到膨脹石墨，膨脹容積為400mL/g。
[0016] 膨脹石墨的膨脹容積測(cè)試方法采用《可膨脹石墨(GB/T10698-1989)》中的方法進(jìn) 行測(cè)定:稱取適量可膨脹石墨試樣，精確至o.ooig，置于已在900~1000°C的高溫爐中灼燒 5min的石英燒杯中，立即放入900~1000°C的高溫爐內(nèi)，不關(guān)爐門，視不膨脹為止，立即取 出，讀取試樣膨脹后的體積，按照膨脹容積(mL/g)=膨脹后的體積(mL)/試樣質(zhì)量(g)的公 式進(jìn)行計(jì)算。
[0017] 取lg制得的膨脹石墨用于吸附機(jī)油，吸油倍數(shù)為88g/g。
[0018] 吸油倍數(shù)的測(cè)定方法如下：將膨脹石墨放在電子天平進(jìn)行稱重后，投放于盛有不 同種類油品的油槽中5分鐘，撈出平放于170目金屬網(wǎng)上5分鐘后稱重，按照下式計(jì)算吸油倍 數(shù)：
[0020]式中：η-吸油倍數(shù) [0021] mi-吸油前質(zhì)量（g)
[0022] m2-吸油后質(zhì)量（g)
[0023] 實(shí)施例2
[0024]將3g粒度為32目、含碳量為99.9%的天然鱗片石墨與1.26g高錳酸鉀混合，之后加 入21.6mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70~72%的高氯酸，不斷攪拌，在25°(3的條件下反應(yīng)7〇11^11，反應(yīng)結(jié)束 后，用50mL飽和磷酸氫二鉀溶液在室溫下浸泡60min，進(jìn)行二次插層反應(yīng);充分反應(yīng)后，水洗 至pH值為5,抽濾脫水，在60°C的條件下烘干24h，制得無硫可膨脹石墨;將制得的可膨脹石 墨在950°C的馬弗爐中高溫膨脹10s，即得到膨脹石墨，膨脹容積為410mL/g。
[0025] 取lg制得的膨脹石墨用于吸附重油，吸附倍數(shù)為95g/g。
[0026] 實(shí)施例3
[0027]將3g粒度為32目、含碳量為99.9%的天然鱗片石墨與1.2g高錳酸鉀混合，之后加 入21mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70~72 %的高氯酸，不斷攪拌，在22°C的條件下反應(yīng)65min，反應(yīng)結(jié)束后， 用50mL飽和磷酸氫二鉀溶液在室溫下浸泡60min，進(jìn)行二次插層反應(yīng);充分反應(yīng)后，水洗至 pH值為6,抽濾脫水，在60°C的條件下烘干24h，制得無硫可膨脹石墨;將制得的可膨脹石墨 在950°C的馬弗爐中高溫膨脹10s，即得到膨脹石墨，膨脹容積為430mL/g。
[0028]取lg制得的膨脹石墨用于吸附原油，吸油倍數(shù)為114g/g。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無硫可膨脹石墨的低溫制備方法，其特征在于:它包括以下步驟： (1) 一次氧化插層，將天然鱗片石墨與高錳酸鉀混合，之后加入高氯酸，采用高錳酸鉀 做氧化劑、高氯酸做插層劑，在20~25°C的條件下不斷攪拌，進(jìn)行氧化插層反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間 控制在60~70min; (2) 二次插層，將上述混合液放入飽和磷酸氫二鉀溶液進(jìn)行浸泡，控制反應(yīng)溫度20~25 °C，反應(yīng)時(shí)間為60~80min; (3) 水洗烘干，將充分反應(yīng)后可膨脹石墨進(jìn)行水洗，至pH值為5~7,抽濾脫水后，在60°C 條件下烘干，制得無硫可膨脹石墨，最后在950°C的馬弗爐中膨化得到可以吸附油類污染物 的膨脹石墨，該膨脹石墨的膨脹容積為400~430mL/g。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無硫可膨脹石墨的低溫制備方法，其特征在于:所述天然鱗片 石墨、高錳酸鉀和高氯酸的質(zhì)量百分比為：天然鱗片石墨：高錳酸鉀：高氯酸=1: 0.37~ 0·42:8·5~9·0〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無硫可膨脹石墨的低溫制備方法，其特征在于:所述混合液與 飽和磷酸氫二鉀溶液的體積比為1:2.0~2.5。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無硫可膨脹石墨的低溫制備方法，其特征在于:所述天然鱗片 石墨粒度為32目、含碳量為99.9%;所述高氯酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70~72%。
【專利摘要】一種無硫可膨脹石墨的低溫制備方法，其制備材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為：天然鱗片石墨：高錳酸鉀：高氯酸＝1:0.37～0.42:8.5～9.0，將天然鱗片石墨與高錳酸鉀混合，之后加入高氯酸，不斷攪拌，在20～25℃的條件下反應(yīng)60～70min，反應(yīng)結(jié)束后，按上述混合液與飽和磷酸氫二鉀溶液的體積比1:2.0～2.5的比例在室溫下浸泡60min，進(jìn)行二次插層反應(yīng)；然后水洗至pH值為5～7，抽濾脫水，在60℃條件下烘干，制得無硫可膨脹石墨，最后在950℃的馬弗爐中膨化得到可以吸附油類污染物的膨脹石墨。本發(fā)明無需高溫操作、安全節(jié)能，無二氧化硫污染物，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，膨脹石墨的膨脹容積達(dá)400～430mL/g，吸油效果好。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號(hào)】CN105502360
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510992663
【發(fā)明人】賀君, 李飛, 楊育林, 宋來洲, 楊紅俠, 任小慧, 鄭曉強(qiáng)
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日