本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域，具體涉及一種膨脹石墨的制備方法。

背景技術(shù)：

膨脹石墨作為制造柔性石墨的中間產(chǎn)品，是由天然鱗片石墨經(jīng)氧化、酸化插層、水洗、干燥、高溫處理而得到的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質(zhì)，又名石墨蠕蟲。

膨脹石墨不僅具有天然石墨本身的耐熱、耐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、自潤滑性等優(yōu)良特性，還具有天然石墨不具備的輕質(zhì)、柔軟、可壓縮、可回彈等性能，因此，在密封領(lǐng)域，膨脹石墨材料具有比石棉、橡膠等材料更優(yōu)異的性能和用途。

用膨脹石墨制成的各種帶、板、片材已廣泛用作石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、宇航、核工業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域。例如，用膨脹石墨制成的柔性石墨制品被譽(yù)為世界“密封之王”在機(jī)械密封領(lǐng)域具有極其重要的地位；膨脹石墨在環(huán)保領(lǐng)域可作為吸油材料，用于廢油回收以及廢水治理中的微生物載體；由膨脹石墨制備的石墨散熱板成為取代銅、鋁等傳統(tǒng)金屬材料的新一代散熱基材。此外，膨脹石墨還可用作醫(yī)療敷料、催化劑、固定化載體及固體電解液等。

現(xiàn)有技術(shù)中，膨脹石墨的制備方法主要有電化學(xué)法和化學(xué)氧化插層法兩種，其中，化學(xué)氧化插層法是工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛和比較成熟的方法。傳統(tǒng)的化學(xué)氧化插層法制備膨脹石墨的方法，一般以濃硫酸為插層劑，Cl₂、重鉻酸鹽、H₂O₂、HNO₃等為氧化劑的反應(yīng)體系。然而，很難連續(xù)反應(yīng)、生產(chǎn)周期較長，難以實(shí)現(xiàn)石墨的連續(xù)性生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有膨脹石墨生產(chǎn)周期長、難以實(shí)現(xiàn)石墨的連續(xù)性生產(chǎn)的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明所述的一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

配置第一混合溶液，包括高錳酸鉀、高氯酸和磷酸；

在鱗片石墨中加入所述第一混合溶液，20℃～45℃攪拌反應(yīng)15min～35min，得到第一混合體系；

配置第二混合溶液，包括氯酸鈉、高氯酸和硝酸；

在所述第一混合體系中加入所述第二混合溶液，20℃～45℃攪拌反應(yīng)5min～15min，得到第二混合體系；

將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產(chǎn)物；

將所述初產(chǎn)物置于850℃～1000℃環(huán)境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨。

可選地，所述第一混合體系制備步驟中，所述鱗片石墨、所述高錳酸鉀、所述高氯酸和所述磷酸的比例為(2～4)g：(0～2)g：(1～6)mL：(0～2)mL。

可選地，所述第二混合溶液中所述氯酸鈉、所述高氯酸和所述硝酸的比例為(0～2)g：(1～6)mL：(0～2)mL；所述第二混合溶液與所述第一混合溶液的比例為1:2～5:6。

可選地，還包括：將所述第一混合體系進(jìn)行第一次超聲震蕩5min～10min的步驟，超聲功率為500w～800w。

可選地，還包括：將所述第二混合體系進(jìn)行第二次超聲震蕩5min～10min的步驟，超聲功率為1500w～2000w。

可選地，所述第一混合體系制備步驟中，所述攪拌步驟為：80r/min～120r/min攪拌0～5min，280r/min～350r/min攪拌10min～30min；所述第二混合體系制備步驟中，攪拌速度為：280r/min～350r/min。

可選地，所述第二次超聲步驟之后還包括對(duì)第二混合系統(tǒng)進(jìn)行脫色的步驟。

可選地，所述脫色步驟為：在所述第二混合體系中加入體積分?jǐn)?shù)為10％～40％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

可選地，所述灼燒步驟之前還包括對(duì)所述初產(chǎn)物進(jìn)行干燥的步驟，干燥溫度為40℃～65℃，干燥時(shí)間為2h～4h。

可選地，所述洗液為水；所述鱗片石墨的目數(shù)不大于35。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明實(shí)施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，配置第一混合溶液，包括高錳酸鉀、高氯酸和磷酸；在鱗片石墨中加入所述第一混合溶液，20℃～45℃攪拌反應(yīng)15min～35min，得到第一混合體系；配置第二混合溶液，包括氯酸鈉、高氯酸和硝酸；在所述第一混合體系中加入所述第二混合溶液，20℃～45℃攪拌反應(yīng)5min～15min，得到第二混合體系；將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產(chǎn)物；將所述初產(chǎn)物置于850℃～1000℃環(huán)境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨。所述的膨脹石墨的制備方法，通過分步氧化插層的方法制備，在第一氧化插層步驟中，以高錳酸鉀為主氧化劑，協(xié)同ClO₄^-對(duì)石墨進(jìn)行第一次氧化。在第二氧化插層步驟中，氯酸鈉在酸性條件下，釋放強(qiáng)氧化性氣體二氧化氯、協(xié)同ClO₄^-對(duì)石墨進(jìn)行第二次氧化，ClO₄^-、HClO₄、ClO₃^-、HClO₃等基團(tuán)形成多級(jí)插層結(jié)構(gòu)，再次插層。不但使得石墨氧化更徹底、插層效率更高，制備的膨脹石墨的膨脹倍率可達(dá)500ml/g～700ml/g；而且步驟簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)反應(yīng)、生產(chǎn)周期短，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

2、本發(fā)明實(shí)施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，還包括將所述第一混合體系進(jìn)行第一次超聲震蕩的步驟，使得體系中的溶液發(fā)生弱空化現(xiàn)象，產(chǎn)生微小空化氣泡，爆破后產(chǎn)生沖擊力和負(fù)壓吸力，促進(jìn)二氧化氯的生成，使氧化劑充分地打開石墨層，有效縮短了反應(yīng)時(shí)間。

3、本發(fā)明實(shí)施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，還包括將所述第二混合體系進(jìn)行第二次超聲震蕩的步驟，使得體系中的溶液發(fā)生強(qiáng)烈的空化現(xiàn)象，不斷產(chǎn)生微小空化氣泡，這些氣泡在聲壓作用下急速地大量產(chǎn)生，并不斷地猛烈爆破，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力和負(fù)壓吸力，再次促進(jìn)石墨的氧化的同時(shí)，使插層劑能夠較順利地進(jìn)入石墨層與層之間，有效縮短了反應(yīng)時(shí)間。

4、本發(fā)明實(shí)施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，所述第一混合體系制備步驟中，先慢速攪拌均勻，使得反應(yīng)物充分接觸，再快速攪拌，讓反應(yīng)充分進(jìn)行。不但有效縮短了反應(yīng)時(shí)間，而且避免了因勻速攪拌造成的反應(yīng)物反應(yīng)時(shí)間長、反應(yīng)不充分的問題。

5、本發(fā)明實(shí)施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，還包括脫色的步驟，脫色劑為雙氧水，雙氧水和過量的高錳酸鉀反應(yīng)，生成沉淀MnO₂，有效避免了因直接排放造成的環(huán)境危害。

6、本發(fā)明實(shí)施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，原料不含硫酸，不但增強(qiáng)了產(chǎn)品的抗氧化性，擴(kuò)大了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍；而且，生成廢液處理成本低，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本。

附圖說明

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所制備的膨脹石墨的掃描電鏡圖片(30倍率)；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所制備的膨脹石墨的掃描電鏡圖片(2000倍率)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為限于在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明將僅由權(quán)利要求來限定。

下述實(shí)施例中的化合物均為市售產(chǎn)品，所述的高氯酸的濃度為72wt％，所述的磷酸濃度為65wt％，所述的硝酸濃度為65wt％分析純；氯酸鈉、高錳酸鉀、雙氧水均為分析純；水為自來水；鱗片石墨，含碳量＞98％。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、配置第一混合溶液，包括高錳酸鉀、高氯酸和磷酸；

S2、在鱗片石墨中加入所述第一混合溶液，30℃條件下，先100r/min攪拌3min，再300r/min攪拌20min，得到第一混合體系；

所述鱗片石墨、所述高錳酸鉀、所述高氯酸和所述磷酸的比例為3g：1g：4mL：1mL，所述鱗片石墨為30目。

將所述第一混合體系進(jìn)行第一次超聲震蕩8min的步驟，超聲功率為600w。

S3、配置第二混合溶液，包括氯酸鈉、高氯酸和硝酸；所述氯酸鈉、所述高氯酸和所述硝酸的比例為1g：3mL：1mL；

S4、在所述第一混合體系中加入所述第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應(yīng)10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液與所述第一混合溶液的比例為2:3。

將所述第二混合體系進(jìn)行第二次超聲震蕩8min的步驟，超聲功率為1800w。

在所述第二混合體系中加入體積分?jǐn)?shù)為30％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S5、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產(chǎn)物；所述洗液為水。對(duì)所述初產(chǎn)物進(jìn)行干燥的步驟，干燥溫度為50℃，干燥時(shí)間為3h。

S6、將所述初產(chǎn)物置于900℃環(huán)境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經(jīng)測試，其膨脹倍率為730ml/g。

所述膨脹石墨的掃描電鏡圖片如圖1、圖2所示。

作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，所述膨脹石墨的制備方法的步驟順序不限于此，如S2、S3順序可以調(diào)換等，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、配置第一混合溶液，包括高錳酸鉀、高氯酸和磷酸；

S2、在鱗片石墨中加入所述第一混合溶液，20℃條件下，先120r/min攪拌0.5min，再350r/min攪拌10min，得到第一混合體系；

所述鱗片石墨、所述高錳酸鉀、所述高氯酸和所述磷酸的比例為2g：2g：6mL：0.1mL，所述鱗片石墨為20目。

將所述第一混合體系進(jìn)行第一次超聲震蕩5min的步驟，超聲功率為800w。

S3、配置第二混合溶液，包括氯酸鈉、高氯酸和硝酸；所述氯酸鈉、所述高氯酸和所述硝酸的比例為2g：1mL：2mL；

S4、在所述第一混合體系中加入所述第二混合溶液，20℃、350r/min攪拌反應(yīng)15min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液與所述第一混合溶液的比例為1:2。

將所述第二混合體系進(jìn)行第二次超聲震蕩5min的步驟，超聲功率為1500w。

在所述第二混合體系中加入體積分?jǐn)?shù)為10％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S5、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產(chǎn)物；所述洗液為水。對(duì)所述初產(chǎn)物進(jìn)行干燥的步驟，干燥溫度為40℃，干燥時(shí)間為4h。

S6、將所述初產(chǎn)物置于850℃環(huán)境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經(jīng)測試，其膨脹倍率為630ml/g。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、配置第一混合溶液，包括高錳酸鉀、高氯酸和磷酸；

S2、在鱗片石墨中加入所述第一混合溶液，45℃條件下，先80r/min攪拌5min，再280r/min攪拌30min，得到第一混合體系；

所述鱗片石墨、所述高錳酸鉀、所述高氯酸和所述磷酸的比例為4g：0.1g：1mL：2mL，所述鱗片石墨為35目。

將所述第一混合體系進(jìn)行第一次超聲震蕩10min的步驟，超聲功率為500w。

S3、配置第二混合溶液，包括氯酸鈉、高氯酸和硝酸；所述氯酸鈉、所述高氯酸和所述硝酸的比例為0.1g：6mL：0.1mL；

S4、在所述第一混合體系中加入所述第二混合溶液，45℃、280r/min攪拌反應(yīng)5min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液與所述第一混合溶液的比例為5:6。

將所述第二混合體系進(jìn)行第二次超聲震蕩10min的步驟，超聲功率為2000w。

在所述第二混合體系中加入體積分?jǐn)?shù)為40％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S5、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產(chǎn)物；所述洗液為水。對(duì)所述初產(chǎn)物進(jìn)行干燥的步驟，干燥溫度為65℃，干燥時(shí)間為2h。

S6、將所述初產(chǎn)物置于1000℃環(huán)境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經(jīng)測試，其膨脹倍率為700ml/g。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、配置第一混合溶液，包括高錳酸鉀、高氯酸和磷酸；

S2、在鱗片石墨中加入所述第一混合溶液，30℃條件下，先100r/min攪拌3min，再300r/min攪拌20min，得到第一混合體系；

所述鱗片石墨、所述高錳酸鉀、所述高氯酸和所述磷酸的比例為3g：1g：4mL：1mL，所述鱗片石墨為30目。

S3、配置第二混合溶液，包括氯酸鈉、高氯酸和硝酸；所述氯酸鈉、所述高氯酸和所述硝酸的比例為1g：3mL：1mL；

S4、在所述第一混合體系中加入所述第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應(yīng)10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液與所述第一混合溶液的比例為2:3。

在所述第二混合體系中加入體積分?jǐn)?shù)為30％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S5、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產(chǎn)物；所述洗液為水。對(duì)所述初產(chǎn)物進(jìn)行干燥的步驟，干燥溫度為50℃，干燥時(shí)間為3h。

S6、將所述初產(chǎn)物置于900℃環(huán)境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經(jīng)測試，其膨脹倍率為530ml/g。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、配置第一混合溶液，包括高錳酸鉀、高氯酸和磷酸；

S2、在鱗片石墨中加入所述第一混合溶液，30℃條件下，先100r/min攪拌3min，再300r/min攪拌20min，得到第一混合體系；

所述鱗片石墨、所述高錳酸鉀、所述高氯酸和所述磷酸的比例為3g：1g：4mL：1mL，所述鱗片石墨為30目。

S3、配置第二混合溶液，包括氯酸鈉、高氯酸和硝酸；所述氯酸鈉、所述高氯酸和所述硝酸的比例為1g：3mL：1mL；

S4、在所述第一混合體系中加入所述第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應(yīng)10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液與所述第一混合溶液的比例為2:3。

將所述第二混合體系進(jìn)行第二次超聲震蕩8min的步驟，超聲功率為1800w。

S5、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產(chǎn)物；所述洗液為水。對(duì)所述初產(chǎn)物進(jìn)行干燥的步驟，干燥溫度為50℃，干燥時(shí)間為3h。

S6、將所述初產(chǎn)物置于900℃環(huán)境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經(jīng)測試，其膨脹倍率為630ml/g。

對(duì)比例1

本對(duì)比例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、配置第一混合溶液，包括高錳酸鉀和磷酸；

S2、在鱗片石墨中加入所述第一混合溶液，30℃條件下，100r/min攪拌20min，得到第一混合體系；

所述鱗片石墨、所述高錳酸鉀、所述磷酸的比例為3g：1g：1mL，所述鱗片石墨為30目。

S3、配置第二混合溶液，包括高氯酸和硝酸；所述高氯酸和所述硝酸的比例為3mL：1mL；

S4、在所述第一混合體系中加入所述第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應(yīng)10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液與所述第一混合溶液的比例為1:1。

S5、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產(chǎn)物；所述洗液為水。對(duì)所述初產(chǎn)物進(jìn)行干燥的步驟，干燥溫度為50℃，干燥時(shí)間為3h。

S6、將所述初產(chǎn)物置于900℃環(huán)境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經(jīng)測試，其膨脹倍率為330ml/g。

對(duì)比例2

本對(duì)比例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、配置混合溶液，包括高錳酸鉀、高氯酸、磷酸；

S2、在鱗片石墨中加入所述混合溶液，30℃條件下，100r/min攪拌20min，得到混合體系；

所述鱗片石墨、所述高錳酸鉀、所述磷酸的比例為3g：1g：3mL：1mL，所述鱗片石墨為30目。

S3、將所述混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產(chǎn)物；所述洗液為水。對(duì)所述初產(chǎn)物進(jìn)行干燥的步驟，干燥溫度為50℃，干燥時(shí)間為3h。

S4、將所述初產(chǎn)物置于900℃環(huán)境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經(jīng)測試，其膨脹倍率為170ml/g。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。