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：

配置包括高錳酸鉀、高氯酸和硝酸、醋酸的混合酸液，比例為(0.3-0.85)g：(2～6)mL：(0.8～2.5)mL：(0.5～2)mL；

在鱗片石墨中加入所述混合酸液，20℃～55℃攪拌反應(yīng)15min～35min，得到第一混合體系；

在所述第一混合體系中再次加入所述混合酸液，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40～65℃烘箱中干燥2h-4h，得到可膨石墨；

將可膨石墨置于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，所述鱗片石墨與所述混合酸液的比例為(1～2.5)g：(3～10)mL；所述高氯酸的濃度為72wt％，所述硝酸的濃度為65wt％。

可選地，第一次和第二次加入所述混合酸液的體積比為1:2～3:4。

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500w～800w。

可選地，所述第一混合體系制備步驟中，所述攪拌速度為：200r/min～300r/min；所述第二混合體系制備步驟中，攪拌速度為：200r/min～300r/min。

可選地，所述第二次超聲步驟之后還包括對第二混合體系進(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，所述洗液為水；所述鱗片石墨目數(shù)不大于100目；所述高錳酸鉀的粒度為100μm～300μm。

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，包括如下步驟：配置包括高錳酸鉀、高氯酸和硝酸、醋酸的混合酸液，比例為(0.3-0.85)g：(2～6)mL：(0.8～2.5)mL：(0.5～2)mL；在鱗片石墨中加入所述混合酸液，20℃～55℃攪拌反應(yīng)15min～35min，得到第一混合體系；在所述第一混合體系中再次加入所述混合酸液，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40～65℃烘箱中烘干，得到可膨石墨；將可膨石墨置于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，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，以及將所述第二混合體系進(jìn)行第二次超聲震蕩的步驟。超聲震蕩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。

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。

4、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)品的抗氧化性和韌性，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，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中

圖1是實(shí)施例1中所述膨脹石墨的掃描電鏡照片(25倍率)；

圖2是實(shí)施例1中所述膨脹石墨的掃描電鏡照片(1000倍率)；

圖3是實(shí)施例2中所述膨脹石墨的掃描電鏡照片(25倍率)；

圖4是實(shí)施例2中所述膨脹石墨的掃描電鏡照片(1000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％，所述的硝酸濃度為65wt％，分析純；醋酸、高錳酸鉀、雙氧水均為分析純；水為自來水；鱗片石墨，含碳量＞92wt％。

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、配置包括高錳酸鉀、高氯酸和硝酸、醋酸的混合酸液，比例為0.5g：4mL：1.5mL：1mL；所述鱗片石墨粒徑為50目；所述高錳酸鉀的粒度為200μm。

S2、在鱗片石墨中加入所述混合酸液，30℃、150r/min攪拌反應(yīng)20min，得到第一混合體系；所述鱗片石墨與所述混合酸液的比例為2g：7mL。

將所述第一混合體系進(jìn)行第一次超聲震蕩7min的步驟，超聲功率為600w。

S3、在所述第一混合體系中再次加入所述混合酸液，30℃、150r/min攪拌反應(yīng)10min，得到第二混合體系；

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600w。

本實(shí)施例中，第一次和第二次加入所述混合酸液的體積比為3:5。

作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述第二次超聲步驟之后還包括對第二混合體系進(jìn)行脫色的步驟。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30％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S4、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；作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述洗液為水。

S5、將所述初產(chǎn)物置于50℃烘箱中干燥3h，得到可膨石墨。

S6、將可膨石墨置于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650ml/g。

所述膨脹石墨的掃描電鏡圖片如圖1、圖2所示。

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、配置包括高錳酸鉀、高氯酸和硝酸、醋酸的混合酸液，比例為0.85g：6mL：2.5mL：2mL；所述鱗片石墨粒徑為80目；所述高錳酸鉀的粒度為300μm。

S2、在鱗片石墨中加入所述混合酸液，55℃、200r/min攪拌反應(yīng)15min，得到第一混合體系；所述鱗片石墨與所述混合酸液的比例為1g：3mL。

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、在所述第一混合體系中再次加入所述混合酸液，45℃、200r/min攪拌反應(yīng)5min，得到第二混合體系；

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800w。

本實(shí)施例中，第一次和第二次加入所述混合酸液的體積比為1:2。

作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述第二次超聲步驟之后還包括對第二混合體系進(jìn)行脫色的步驟。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40％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S4、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；作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述洗液為水。

S5、將所述初產(chǎn)物置于65℃烘箱中干燥2h，得到可膨石墨。

S6、將可膨石墨置于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720ml/g。

所述膨脹石墨的掃描電鏡圖片如圖3、圖4所示。

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、配置包括高錳酸鉀、高氯酸和硝酸、醋酸的混合酸液，比例為0.3g：2mL：0.8mL：0.5mL；所述鱗片石墨粒徑為80目；所述高錳酸鉀的粒度為100μm。

S2、在鱗片石墨中加入所述混合酸液，20℃、300r/min攪拌反應(yīng)35min，得到第一混合體系；所述鱗片石墨與所述混合酸液的比例為2.5g：10mL。

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、在所述第一混合體系中再次加入所述混合酸液，20℃、300r/min攪拌反應(yīng)15min，得到第二混合體系；

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500w。

本實(shí)施例中，第一次和第二次加入所述混合酸液的體積比為3:4。

作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述第二次超聲步驟之后還包括對第二混合體系進(jìn)行脫色的步驟。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％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S4、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；作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述洗液為水。

S5、將所述初產(chǎn)物置于40℃烘箱中干燥4h，得到可膨石墨。

S6、將可膨石墨置于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、配置包括高錳酸鉀、高氯酸和硝酸、醋酸的混合酸液，比例為0.5g：4mL：1.5mL：1mL；所述鱗片石墨粒徑為50目；所述高錳酸鉀的粒度為200μm。

S2、在鱗片石墨中加入所述混合酸液，30℃、150r/min攪拌反應(yīng)20min，得到第一混合體系；所述鱗片石墨與所述混合酸液的比例為2g：7mL。

S3、在所述第一混合體系中再次加入所述混合酸液，30℃、150r/min攪拌反應(yīng)10min，得到第二混合體系；

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600w。

本實(shí)施例中，第一次和第二次加入所述混合酸液的體積比為3:5。

作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述第二次超聲步驟之后還包括對第二混合體系進(jìn)行脫色的步驟。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30％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S4、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；作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述洗液為水。

S5、將所述初產(chǎn)物置于50℃烘箱中干燥3h，得到可膨石墨。

S6、將可膨石墨置于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540ml/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、配置包括高錳酸鉀、高氯酸和硝酸、醋酸的混合酸液，比例為0.5g：4mL：1.5mL：1mL；所述鱗片石墨粒徑為50目；所述高錳酸鉀的粒度為200μm。

S2、在鱗片石墨中加入所述混合酸液，30℃、150r/min攪拌反應(yīng)20min，得到第一混合體系；所述鱗片石墨與所述混合酸液的比例為2g：7mL。

S3、在所述第一混合體系中再次加入所述混合酸液，30℃、150r/min攪拌反應(yīng)10min，得到第二混合體系；

本實(shí)施例中，第一次和第二次加入所述混合酸液的體積比為3:5。

作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述第二次超聲步驟之后還包括對第二混合體系進(jìn)行脫色的步驟。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30％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S4、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；作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述洗液為水。

S5、將所述初產(chǎn)物置于50℃烘箱中干燥3h，得到可膨石墨。

S6、將可膨石墨置于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450ml/g。

實(shí)施例6

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、配置包括高錳酸鉀、高氯酸和硝酸、醋酸的混合酸液，比例為0.5g：4mL：1.5mL：1mL；所述鱗片石墨粒徑為50目；所述高錳酸鉀的粒度為200μm。

S2、在鱗片石墨中加入所述混合酸液，30℃、150r/min攪拌反應(yīng)20min，得到第一混合體系；所述鱗片石墨與所述混合酸液的比例為2g：7mL。

將所述第一混合體系進(jìn)行第一次超聲震蕩7min的步驟，超聲功率為600w。

S3、在所述第一混合體系中再次加入所述混合酸液，30℃、150r/min攪拌反應(yīng)10min，得到第二混合體系；

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600w。

本實(shí)施例中，第一次和第二次加入所述混合酸液的體積比為3:5。

S4、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；作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述洗液為水。

S5、將所述初產(chǎn)物置于50℃烘箱中干燥3h，得到可膨石墨。

S6、將可膨石墨置于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550ml/g。

對比例

本對比例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、配置包括高錳酸鉀、硝酸、醋酸的混合酸液，比例為0.5g：1.5mL：1mL；所述鱗片石墨粒徑為50目；所述高錳酸鉀的粒度為200μm。

S2、在鱗片石墨中加入所述混合酸液，30℃、150r/min攪拌反應(yīng)20min，得到混合體系；所述鱗片石墨與所述混合酸液的比例為2g：7mL。

將所述混合體系進(jìn)行超聲震蕩7min的步驟，超聲功率為600w。

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

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；作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，所述洗液為水。

S4、將所述初產(chǎn)物置于50℃烘箱中干燥3h，得到可膨石墨。

S5、將可膨石墨置于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150ml/g。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(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。這里無需也無法對所有的實(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仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。