微晶石墨膨化工艺的制作方法

本发明涉及石墨膨化领域，具体地涉及一种以微晶石墨为原料的微晶石墨膨化工艺。

背景技术：

石墨晶体具有由碳元素组成的六角网平面层状结构，层平面上的碳原子以强有力的共价键结合，而层与层间以范德华力结合，结合非常弱，而且层间距离较大。因此，在适当的条件下，酸、碱金属、盐类等多种化学物质可插入石墨层间，并与碳原子结合形成新的化学相——石墨层间化合物(graphiteintercalationoncompounds,简称gic)；这种层间化合物在加热到适当温度时，可瞬间迅速分解，产生大量气体，使石墨沿轴方向膨胀成蠕虫状的新物质，即膨胀石墨，而这种未膨胀的石墨层间化合物就是可膨胀石墨。

但是，在现有技术中，石墨的膨化所用的原料都是天然鳞片石墨，尤其是大粒径鳞片石墨。

因此，现提供一种以微晶石墨为原料的微晶石墨膨化工艺。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种以微晶石墨为原料的微晶石墨膨化工艺。

为此，本发明提供了微晶石墨膨化工艺，其包括以下步骤：

步骤一、取微晶石墨原料研磨至粒度为50目的微晶石墨粉体；

步骤二、按照质量比配置插层剂溶液后，将步骤一中的微晶石墨粉体混合均匀至插层剂溶液中；

步骤三、按照质量比混入氧化剂，且反应时间大于60min；

步骤四、对步骤三后的混合反应物依次进行抽滤、冲洗、烘干，而后膨化获得膨胀石墨；

其中，在步骤四中，烘干时，烘干至含水量为8%-12%(wt)，膨化时，采用马弗炉进行膨化且在820℃-950℃下停留5s-10s。

在步骤一中，微晶石墨原料在研磨前提纯为含碳量为98%的微晶石墨，研磨后烘干水分，并称取10g微晶石墨粉体备用。

在步骤二中，插层剂溶液由hclo4、hno3和(ch3co)2o混合而成，且微晶石墨粉体与插层剂溶液按以下质量比混合：c:hclo4：hno3:(ch3co)2o=1:3.4:2:1.8，并置于磁力搅拌器中在40℃恒温下混合均匀。

在步骤三中，氧化剂设为cro3，且微晶石墨粉体与氧化剂按以下质量比混合：c:cro3=1:0.18。

在步骤三中，将氧化剂cro3加入步骤二后的混合溶液中，并置于40℃恒温中反应90min。

步骤四中，抽滤后冲洗至滤液的ph为6-7，随后放入烘箱中在60℃下烘38-65min，至含水量为8%-12%。

膨化时，放入马弗炉中并在930℃停留6s进行膨化处理，获得≥120ml/g的膨胀石墨。

膨化时，放入马弗炉中并在850℃停留8s进行膨化处理，获得≥115.3ml/g的膨胀石墨。

本发明相对于现有技术，具有如下优点之处：

本发明的微晶石墨膨化工艺是专门针对天然微晶石墨设置，因为天然微晶石墨与天然鳞片石墨相比，其一般呈微晶集合体，天然微晶石墨的晶体粒径小于1μm，只有在电子显微镜下才能观察到其晶形，所以本发明针对天然微晶石墨，通过选用适合微晶石墨的插层剂与氧化剂，以及选择合适的膨化时间、膨化温度和膨化水分等，提高微晶石墨产品的附加值和科技含量，同时让微晶石墨产业的发展前景更宽广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的微晶石墨膨化相关参数示意图一；

图2为本发明的微晶石墨膨化相关参数示意图二；

图3为本发明的微晶石墨膨化相关参数示意图三；

图4为本发明的微晶石墨膨化相关参数示意图四；

图5为本发明的微晶石墨膨化相关参数示意图五；

图6为本发明的微晶石墨膨化相关参数示意图六。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1、2和3所示，本实施例提供了微晶石墨膨化工艺，其包括以下步骤：

步骤一、取微晶石墨原料研磨至粒度为50目的微晶石墨粉体；

步骤二、按照质量比配置插层剂溶液后，将步骤一中的微晶石墨粉体混合均匀至插层剂溶液中；

步骤三、按照质量比混入氧化剂，且反应时间大于60min；

步骤四、对步骤三后的混合反应物依次进行抽滤、冲洗、烘干，而后膨化获得膨胀石墨；

其中，在步骤四中，烘干时，烘干至含水量为8%-12%(wt)，膨化时，采用马弗炉进行膨化且在820℃-950℃下停留5s-10s。

本实施例的微晶石墨膨化工艺是专门针对天然微晶石墨设置，因为天然微晶石墨与天然鳞片石墨相比，其一般呈微晶集合体，天然微晶石墨的晶体粒径小于1μm，只有在电子显微镜下才能观察到其晶形，所以本发明针对天然微晶石墨，通过选用适合微晶石墨的插层剂与氧化剂，以及选择合适的膨化时间、膨化温度和膨化水分等，提高微晶石墨产品的附加值和科技含量，同时让微晶石墨产业的发展前景更宽广。

在可膨胀石墨中水分以分布在可膨胀石墨表面及石墨层间两种形式存在，但研究表明，可膨胀石墨表面的水分对可膨胀石墨的高温膨化无贡献，而石墨层间的水分在高温气化时有助于膨化，其表明并不是可膨胀石墨的水分含量越高越好；若水分含量过高，由于石墨层间的水分含量基本一定，所以大量的水分附着在石墨表面，对膨化无贡献，同时大量的水分附着在可膨胀石墨的表面上，在高温膨化时水分蒸发会吸收大量的热量而导致真实膨化温度的下降，从而降低膨化倍率。

具体地，在步骤一中，微晶石墨原料在研磨前提纯为含碳量为98%的微晶石墨，研磨后烘干水分，并称取10g微晶石墨粉体备用。

在步骤二中，插层剂溶液由hclo4、hno3和(ch3co)2o混合而成，且微晶石墨粉体与插层剂溶液按以下质量比混合：

c:hclo4：hno3:(ch3co)2o=1:3.4:2:1.8，并置于磁力搅拌器中在40℃恒温下混合均匀。

在本实施例中，插层剂溶液由hclo4、hno3和(ch3co)2o三者混合而成，在将微晶石墨粉体混合搅拌均匀，该混合搅拌在磁力搅拌器中且40℃恒温下进行，并且满足c:hclo4：hno3:(ch3co)2o=1:3.4:2:1.8的质量比。

进一步，在步骤三中，氧化剂设为cro3，且微晶石墨粉体与氧化剂按以下质量比混合：c:cro3=1:0.18；在本实施例中，如图1所示，在其他条件都相同的情况下，c:cro3的质量比从1:0.02逐渐增加，则微晶石墨的膨化体积不断增大，并且在c:cro3的质量比未1:0.18时，微晶石墨的膨化体积达到最大；因此本实施例中，优选c:cro3的质量比为1:0.18。

在步骤三中，将氧化剂cro3加入步骤二后的混合溶液中，并置于40℃恒温中反应90min。如图2所示，在其他条件不变的情况下，在反应时间为90min的时候，微晶石墨的膨化体积达到最大，反应时间缩短或增加都会导致微晶石墨的膨化体积相对减小，因此本实施例优选该反应时间为90min；同时，如图3所示，在其他条件不变的情况下，反应温度为40℃的时候，微晶石墨的膨化体积最大，反应温度高于或低于这个温度都会导致微晶石墨的膨化体积相对缩小，因此本实施例优选反应温度为40℃。

在上述实施例的基础上，步骤四中，抽滤后冲洗至滤液的ph为6-7，随后放入烘箱中在60℃下烘38-65min，至含水量为8%-12%。在本实施例中，优选ph为6，在60℃的烘箱中烘干60min中，获得含水量为9.86%的可膨胀微晶石墨，以实现微晶石墨的最大膨化体积。

其中，如图4、5和6所示，作为本实施例的优选实施方式，膨化时，放入马弗炉中并在850℃停留8s进行膨化处理，获得≥115.3ml/g的膨胀石墨。

作为可变换的实施方式，若改变膨化条件将获得不同膨化体积的膨胀石墨，如：膨化时，放入马弗炉中并在930℃停留6s进行膨化处理，获得≥120ml/g的膨胀石墨。

如图4所述，在其他条件不变的情况下，当膨化时间为8s时，微晶石墨的膨化体积最大，当停留时间超过8s后，其膨化体积不断缩小，而停留时间为2-8s时，其膨化体积不断增大，且在8s时达到最大膨化体积。

如图5所示，在其他条件不变的情况下，当膨化温度为850℃时，微晶石墨的膨化体积达到最大，大于或小于850℃都将导致膨化体积变小。

如图6所示，在其他条件都不变情况下，当微晶石墨的层间含水量为9.86%时，其膨化体积最大，当含水量为其他百分值时，微晶石墨的膨化体积都相对缩小。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。