一種膨脹石墨的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種膨脹石墨的制備方法，該方法適用于低成本膨脹石墨的宏量制備。
【背景技術】
[0002]隨著全球不可再生能源資源的不斷消耗，能源供需矛盾日益凸顯，從而加劇了世界秩序的緊張格局。因此，有效地利用現有能源和開發新能源已受到各國的普遍重視。近年來，隨著碳材料在能源領域的廣泛應用，深加工類高附加值碳素產品在新能源等諸多領域方面的突出表現已經展現出寬廣的應用前景。膨脹石墨特殊的形貌表現出極好的性能優勢，除仍保持石墨的優異性能之外(耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、導電導熱等)，還具有高的表面活性，大的比表面積(50 m2/g—200 m2/g)，豐富的孔道結構，是一種優異的多孔碳質吸附材料。膨脹石墨及功能化的復合膨脹石墨材料應用領域非常廣泛，除用作密封元件之外，隨著環境污染的日益嚴重，膨脹石墨作為環保材料，用于吸附劑等的研究越發受到關注，膨脹石墨作為吸附劑原料要求其具有高的膨脹倍率，且成本低廉可以大量提供。然而，傳統方法的膨脹石墨的制備都需要涉及到高溫膨脹過程，高溫過程能耗巨大造成設備以及資源的消耗，這都提高了膨脹石墨的生產成本以及降低了企業的競爭力。一些新方法已經開始嘗試通過降低石墨的碳含量來降低膨脹石墨的成本[王晶，陳賡，李雯麗，耿剛強.低碳細鱗片石墨制備可膨脹石墨的研究[J].材料導報B.2014，28(12): 80-83.]。對于制備膨脹石墨的氧化劑的選擇，文獻也報道應用雙氧水或者混合型來降低未來廢液對于環境的污染以及提升膨脹率[劉玉海，鄒琴，潘群，李妍妍，涂文懋.H202氧化制備蘿北細鱗片可膨脹石墨研究[J].廣東建材.2011，9: 103-105][蔣麗娜，李慶，王玲，宋克敏.HN03、H2S04共同插入法制備低溫可膨脹石墨研究[J].2008，3(31): 35-36.]。此外，對于石墨的膨脹方式，傳統的實驗方法是將其置于馬弗爐中在800°C?1000°C下進行膨化，但是這種膨化方式加熱時間長，膨化過程中電能消耗大。為了克服傳統高溫膨化法的缺陷，一些新型的膨化方法:如激光、紅外線、微波、電流[D.D.L，C hung.Review exfoliat1n ofgraphite [J].Journal of Materials Science.1987，22:4190-4198][張東，田勝力，德炎.微波法制備納米多孔石墨[J].非金屬礦，2004，27 (6):22-24]等先后在可膨脹石墨的膨化中得到應用。如果能夠發明在常溫下溫和制備膨脹石墨的方法，則對于膨脹石墨的應用拓展以及廉價制備具有重要的意義。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種膨脹石墨的制備方法，該方法具有成本低(所用試劑種類及用量少、廉價)、流程簡單(無需加熱和長時間攪拌)、安全可控(過程溫和，無需特殊防護)等優點，因此可作為一種適于宏量制備膨脹石墨的理想方法。
[0004]本發明的技術方案是:采用不同目數的天然鱗片石墨為原料，以濃硫酸為插層劑、雙氧水為氧化劑在室溫條件下對石墨進行插層，待樣品混合均勻之后，石墨在靜置的過程中會自發的進行膨脹插層，該過程無需加熱、無需攪拌；然后利用過濾回收的廢酸液反復插層的方法對樣品的膨脹率進行改善，最后熱干燥得到高質量的膨脹石墨產品。
[0005]—種膨脹石墨的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下步驟:
A石墨的插層膨脹:在室溫條件下將天然鱗片石墨加入濃硫酸和雙氧水的混合溶液中攪拌 10 min~30 min，然后靜置 3 h~24 h ；
B插層溶液的回收利用:將步驟A所得混合物過濾得到第一階膨脹石墨，收集廢酸液；C石墨的反復插層:在步驟B所得的廢酸液中加入濃硫酸和雙氧水的混合溶液，然后將第一階膨脹石墨投入其中，按照步驟A、步驟B和步驟C的順序進行反復插層；
D膨脹石墨的清洗:在30°C ~70°C用蒸餾水對步驟C所得多階膨脹石墨進行超聲攪拌清洗直至水的pH=7，然后將膨脹石墨進行加熱干燥。
[0006]所述天然鱗片石墨的尺寸為23 μ m~270 μ m，純度為60 %~95 %。
[0007]所述濃硫酸的濃度為70 %~98 %，濃硫酸與雙氧水的體積比為50:1?1:1。
[0008]所述濃硫酸與雙氧水的體積比為20:1~5:1。
[0009]所述步驟A中天然鱗片石墨與濃硫酸和雙氧水混合溶液的質量體積比為1:1?1:40。
[0010]所述步驟A中天然鱗片石墨與濃硫酸和雙氧水混合溶液的質量體積比為1:2.9~1:20。
[0011]所述步驟A中的靜置時間為3 h~8 h。
[0012]所述步驟C中加入的濃硫酸和雙氧水混合溶液與廢酸液的體積比為5:1~1:5。
[0013]所述步驟C中反復插層的次數為2 -15次。
[0014]所述步驟D中干燥時間為10 h?20 ho
[0015]本發明與現有技術相比具有以下優點:
1、本發明采用不同尺寸的天然鱗片石墨作為原料，在室溫下自然溫和地進行插層與膨脹的方法制備膨脹石墨。
[0016]2、本發明采用液態氧化劑和插層劑，后處理時只有濃硫酸產生的雜質，雜質種類單一，處理方式較為簡單，并且通過廢酸液的回收，極大的降低了雜質的含量。
[0017]3、本發明利用廢酸液實現膨脹石墨的反復插層，從而有效的提升了膨脹率，并且后續通過簡單的加熱超聲清洗，從而降低了含硫量，得到高品質的膨脹石墨產品。
[0018]4、本發明反應過程溫和，無劇烈放熱，無需特殊防護，工藝流程簡單，過程安全可控，制備成本低且高質量的膨脹石墨。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明所述石墨自發膨脹前后的數碼照片對比圖。
[0020]圖2為本發明反復插層后膨脹石墨的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
采用98%的濃硫酸、雙氧水氧化插層的方法制備膨脹石墨:在本實施例中首先將0.3 g尺寸為180 μ m碳含量為90 %的天然鱗片石墨一次加入到10 mL H2S04、2 mL H202的混合液中，攪拌30 min后室溫靜置8 h，鱗片石墨進行自然溫和插層膨脹，膨脹體積為30 mL。將第一階膨脹石墨真空抽濾，收集廢液，廢液中再加入H2S0jP H202的混合溶液補充反應溶劑，其體積比為1: 1，投入到一階膨脹石墨中繼續插層，該過程反復進行2次后，溶液的膨脹體積為80 mL。反復插層的膨脹石墨抽濾去除多余的廢酸液之后，加入到清水中30 °C超聲攪拌30 min，反復清洗，直至洗液的pH值變為7后，在烘箱中干燥膨脹石墨10 h，得到膨脹石墨產品，膨脹容量計算為70 g/mlo
[0022]實施例2
采用70%的濃硫酸、雙氧水氧化插層的方法制備膨脹石墨:在本實施例中首先將3 g尺寸為23 μ m碳含量為95 %的天然鱗片石