一种微细鳞片无硫膨胀石墨的微波化学制备方法与流程

本发明属于石墨深加工领域，特别涉及一种采用微波化学法制备微细鳞片无硫膨胀石墨的方法。

背景技术：

膨胀石墨是一种重要的无机非金属材料，运用范围包括了电子、冶金、化工、动力能源乃至航天航空领域，是一种极其重要且应用前景广阔的新型材料。膨胀石墨是一种疏松多孔的蠕虫状物质，有大量网格状构造，具有非常大的比表面积，高表面活性，吸附性能尤为突出。膨胀石墨还具备低密度、质轻，耐高温、耐氧化、耐腐蚀，化学稳定性强等一系列显著的优点，是一种非常优秀的环境友好材料。

目前，制备膨胀石墨存在的主要问题是：①主要应用的是100目以上的大鳞片石墨为原料，而对产量非常大且价格便宜的小鳞片石墨，特别是平均粒度小于30微米的微细鳞片石墨应用的较少，由于大鳞片石墨价格高，且日益匮乏，造成生产成本高。②制备的膨胀石墨含硫量较高，达到2.8％-4.5％，且通常所用的试剂为浓硫酸、发烟硝酸、重铬酸钾等对环境有害，或者制备过程中会产生如氮氧化物等对人体有害的气体，不环保，还可能带入新的硫元素，同时还可能对人的身体产生有害影响。③制备过程中采用马弗炉，于950℃膨化得到产品，使用马弗炉高温膨胀要求条件较高，能源消耗很大。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明提供一种采用平均粒度小于30微米的天然微细鳞片石墨为原料，经微波化学法制备可得膨胀倍率为24ml/g的无硫膨胀石墨，也适合普通天然鳞片石墨。

本发明采用的技术方案是：一种微细鳞片无硫膨胀石墨的微波化学制备方法，包括如下步骤：将石墨与复合氧化剂混合后，在20-100℃下，反应10-100分钟，用去离子水冲洗至pH为中性，干燥后，于功率500-1200W下，微波处理5-60秒，得目标产物。

上述的一种微细鳞片无硫膨胀石墨的微波化学制备方法，所述的干燥为，于温度80-120℃下，放置12-24小时。

上述的一种微细鳞片无硫膨胀石墨的微波化学制备方法，所述的石墨为微细鳞片石墨，粒径≤30μm。

上述的一种微细鳞片无硫膨胀石墨的微波化学制备方法，所述的复合氧化剂是：将五氧化二磷、去离子水和硝酸混合制得。

上述的一种微细鳞片无硫膨胀石墨的微波化学制备方法，所述的复合氧化剂中，每1.0g五氧化二磷，加入0.5-2ml的去离子水和0.5-2.0ml体积百分浓度为50-95％的硝酸。

上述的一种微细鳞片无硫膨胀石墨的微波化学制备方法，按质量比，五氧化二磷:高锰酸钾＝1:0.2-2.0；高锰酸钾:石墨＝1:2.0-6.5。

本发明的有益效果是：

1.本发明，制备的膨胀石墨的膨胀倍率为10-24ml/g。

2.本发明，解决了30μm以下鳞片石墨的利用问题，本发明采用粒径小于30μm的天然微细鳞片石墨制备膨胀石墨，与大鳞片石墨相比，在价格上极大地降低了成本。

3.本发明，克服了传统方法中使用浓硫酸、发烟硝酸、高氯酸、重铬酸钾等造成严重环境污染的原料，及能产生很多对人体有害的气体(如NO_X、SO_X、Cl₂等气体)等的物质。同时也避免了生产过程中带入多余的硫元素，造成膨胀石墨含硫量高的不利因素。

4.本发明，无需使用传统的马弗炉设备，只需家用功率的微波炉即可作为反应设备，节约能源，从而节约了制造成本。

5.本发明，由于五氧化二磷与去离子水反应生成磷酸，此时硝酸和磷酸的混算的氧化效果强于发烟硝酸，同时又不会和发烟硝酸一样产生非常多的氮氧化物，再在高锰酸钾的协助氧化作用之下，使得很难被氧化插层的微细鳞片石墨也能被硝酸根离子插入层间，从而得到可以被充分膨胀的可膨胀石墨。

6.本发明，工艺简单，流程简单，易于操作，原料易得且成本低廉，不带入额外硫元素。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为天然微细鳞片石墨的SEM照片。

图3为实施例1得到的膨胀石墨的SEM照片。

具体实施方式

实施例1

1)复合氧化剂制备：称量五氧化二磷5.0g，加入去离子水5ml，搅拌，冷却后，加入体积百分浓度为68％的硝酸5ml，待用。

2)将粒径小于30μm的天然鳞片石墨(含碳量为99％)4.0g，高锰酸钾1.4g，步骤1)制备的复合氧化剂，充分搅拌，混合均匀，在25℃下反应80分钟，然后用去离子水冲洗至pH为中性，过滤，将滤饼放入烘箱中，于105℃烘干12小时后，将样品放入功率为700W的微波炉中微波40秒，冷却，得膨胀体积为24ml/g的微细鳞片无硫膨胀石墨。

根据图2和图3对比可以获得产物的形貌特征。根据扫描电子显微镜观察，对比分析天然微细鳞片石墨的照片(图2)和实施例1得到的膨胀石墨(图3)。经过实施例1工艺，天然微细鳞片石墨的照片已经被膨胀，得到了膨胀石墨。

实施例2

1)复合氧化剂制备：称量五氧化二磷4.0g，加入去离子水5ml，搅拌，冷却后，加入体积百分浓度为68％的硝酸4ml，待用。

2)将粒径小于30μm的天然鳞片石墨(含碳量为99％)5.0g，高锰酸钾0.8g，步骤1)制备的复合氧化剂，充分搅拌，混合均匀，在60℃下反应40分钟，然后用去离子水冲洗至

pH为中性，过滤，将滤饼放入烘箱中，于105℃烘干12小时后，将样品放入功率为700W的微波炉中微波30秒，冷却，得膨胀体积为15ml/g的微细鳞片无硫膨胀石墨。

实施例3

1)复合氧化剂制备：称量五氧化二磷4.0g，加入去离子水5ml，搅拌，冷却后，加入体积百分浓度为68％的硝酸6ml，待用。

2)将粒径小于30μm的天然鳞片石墨(含碳量为99％)4.0g，高锰酸钾2.0g，步骤1)制备的复合氧化剂，充分搅拌，混合均匀，在80℃下反应20分钟，然后用去离子水冲洗至pH为中性，过滤，将滤饼放入烘箱中，于105℃烘干12小时后，将样品放入功率为700W的微波炉中微波25秒，冷却，得膨胀体积为19ml/g的微细鳞片无硫膨胀石墨。