专利名称：可膨胀石墨的制备方法
可膨胀石墨的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可膨胀石墨的制备方法。背景技术：
可膨胀石墨是天然鳞片石墨通过氧化插层反应，在石墨片层间插入化合物，从而成的具有层间插层物的石墨。可膨胀石墨在高温下时，层间插层物受高热迅速汽化，形成的气体将对石墨片层产生巨大的撑张力，而使可膨胀石墨膨胀，膨胀倍数高达数十倍到数百倍甚至上千倍。可膨胀石墨及其膨化而成的膨胀石墨，应用领域非常广泛，比如，用作柔性石墨、阻燃剂、纳米导电填料、多波段发烟剂、隐身屏蔽材料、吸油材料、微生物载体、医用敷料、催化剂、固定化载体及固体电解液等。传统工业生产可膨胀石墨的方法是采用硫酸-硝酸混酸氧化法，虽能得到较好品质的可膨胀石墨产品，但产物中较高的含硫量，使其在原子能、航空航天、环保等高新领域的应用受到限制。目前，工业生产可膨胀石墨广泛采用以浓硫酸为介质的高锰酸钾氧化法， 除了产品含硫量高外，生产过程中还会产生大量含有锰离子的强酸溶液。每生产一吨可膨胀石墨就产生数吨这样的废液。这种废液不能重复使用，只能就近排放于坑、池中，废液所经之处，数年寸草不生；废液中的锰离子渗入地下水后，严重污染水质。现有技术中，用过氧化氢、重铬酸钾等代替硝酸制备可膨胀石墨可以在一定程度上减少操作环境的污染，但由于有过氧化氢参与的反应过于剧烈且不易控制，重铬酸钾等固体氧化剂参与的反应又带入重金属离子，造成环境污染，因此不能从根本上解决操作环境和重金属离子的污染。
发明内容基于此，有必要提供一种污染较小，且产品含硫量较少的可膨胀石墨的制备方法。一种可膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤步骤一、将天然鳞片石墨分散于体积比为60 1 60 10的乙醇和浓硝酸混合溶液中，形成分散均勻的浓度为0.001g/ml 0. 06g/ml的悬浮液；步骤二、将步骤一的悬浮液在80°C 200°C下水热反应4小时 48小时；步骤三、将步骤二的悬浮液冷却、过滤沉淀、洗涤、干燥，得到可膨胀石墨。在优选的实施例中，步骤一中所述乙醇和浓硝酸的体积比为60 2 60 5。在优选的实施例中，步骤二中的水热反应温度为80°C 200°C。在优选的实施例中，步骤二中的水热反应温度为120°C 180°C。在优选的实施例中，步骤二中的水热反应时间为M小时。在优选的实施例中，步骤三中干燥温度为50°C 80°C。在优选的实施例中，步骤三中干燥温度为55°C 70°C。在优选的实施例中，步骤三中洗涤为用蒸馏水洗涤至滤液PH值为6 7，最后用无水乙醇洗涤。上述方法利用乙醇在酸性溶剂热条件下氧化成有机酸性插层物对天然鳞片石墨进行插层，整个制备过程中无硫参与反应，所制备的产品不含硫，另外，也无需加入大量的强酸和强氧化剂，也金属离子的参与，对环境污染少，且因为有机酸性插层物的分解汽化温度低，从而所得产品膨化温度低。因此，上述工艺简单，对环境污染少、成本低。
图1为一实施方式的可膨胀石墨的制备方法的流程图；具体实施方式
下面将结合附图及实施例对可膨胀石墨的制备方法作进一步的详细说明。请参阅图1，一实施方式的石墨烯的制备方法包括如下步骤步骤SlOl，配制体积比为60 1 60 10的乙醇和浓硝酸的混合溶液。乙醇优选为无水乙醇。浓硝酸优选为质量分数为67%的市售分析纯浓硝酸。乙醇和浓硝酸的体积比优选为60 2 60 5。步骤S102，将天然鳞片石墨加入到步骤SlOl配制的混合溶液中，搅拌，形成分散均勻的浓度为0. 001g/ml 0. 06g/ml的悬浮液。天然鳞片石墨的鳞片结晶完整，片薄且韧性好，物理化学性能优异，具有良好的耐高温，自润滑、传导、抗热震、耐腐蚀等多种性能。步骤S103，将步骤S102的悬浮液在80°C 200°C下水热反应4小时 48小时。 本实施方式中，将上述悬浊液转入密闭的水热反应釜中，在80°C 200°C的温度下，水热反应4小时 48小时。优选的反应温度为120°C 180°C，优选的反应时间为18小时 M 小时，更为优选反应温度为150°C，反应时间为M小时。步骤S104，将步骤S103的悬浮液冷却、过滤沉淀、洗涤、干燥，得到可膨胀石墨。本实施方式中，首先将悬浮液自然冷却至室温，然后过滤分离出沉淀，用蒸馏水洗涤沉淀至滤液PH值为6 7，再用无水乙醇洗涤2次，优选干燥温度为50°C 80°C，更优选为50°C 60°C，得到可膨胀石墨。上述方法利用乙醇在酸性溶剂热条件下氧化成有机酸性插层物对天然鳞片石墨进行插层，整个制备过程中无硫参与反应，所制备的产品不含硫，另外，也无需加入大量的强酸和强氧化剂，也无金属离子的参与，对环境污染少，且因为有机酸性插层物的分解汽化温度低，从而所得产品膨化温度低。因此，上述工艺简单，对环境污染少、成本低。利用上述方法所获得的可膨胀石墨产品可广泛用于原子能、航空航天、环保、生物医学、军事、密封、阻燃等领域。以下结合具体实施例来说明。实施例1一种低污染无硫可膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤(1)取60ml无水乙醇和細1质量分数为67%浓硝酸溶液配制乙醇浓硝酸的混合溶液；(2)将2. Og天然鳞片石墨分散于上述混合溶液中，形成分散均勻的悬浊液；(3)将上述悬浊液转入水热反应釜中，在150°C水热反应温度下，水热反应24h ；(4)自然冷却至室温，经过过滤分离出沉淀，用蒸馏水洗涤至滤液PH值为6 7， 最后用无水乙醇洗涤2次；(5)在50°C干燥温度下于真空干燥箱中干燥他，得到低污染无硫可膨胀石墨。
实施例2一种低污染无硫可膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤(1)取60ml无水乙醇和Iml质量分数为67%浓硝酸溶液配制乙醇浓硝酸的混合溶液；(2)将2. 5g天然鳞片石墨分散于上述混合溶液中，形成分散均勻的悬浊液；(3)将上述悬浊液转入水热反应釜中，在200°C水热反应温度下，水热反应4h ；(4)自然冷却至室温，经过过滤分离出沉淀，用蒸馏水洗涤至滤液PH值为6 7， 最后用无水乙醇洗涤2次；(5)在60°C干燥温度下于真空干燥箱中干燥10h，得到低污染无硫可膨胀石墨。实施例3一种低污染无硫可膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤(1)取60ml无水乙醇和2ml质量分数为67%浓硝酸溶液配制乙醇浓硝酸的混合溶液；(2)将1. 5g天然鳞片石墨分散于上述混合溶液中，形成分散均勻的悬浊液；(3)将上述悬浊液转入水热反应釜中，在180°C水热反应温度下，水热反应18h ；(4)自然冷却至室温，经过过滤分离出沉淀，用蒸馏水洗涤至滤液PH值为6 7， 最后用无水乙醇洗涤2次；(5)在50°C干燥温度下于真空干燥箱中干燥他，得到低污染无硫可膨胀石墨。实施例4一种低污染无硫可膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤(1)取60ml无水乙醇和3ml质量分数为67%浓硝酸溶液配制乙醇浓硝酸的混合溶液；(2)将2. Og天然鳞片石墨分散于上述混合溶液中，形成分散均勻的悬浊液；(3)将上述悬浊液转入水热反应釜中，在160°C水热反应温度下，水热反应12h ；(4)自然冷却至室温，经过过滤分离出沉淀，用蒸馏水洗涤至滤液PH值为6 7， 最后用无水乙醇洗涤2次；(5)在70°C干燥温度下于真空干燥箱中干燥他，得到低污染无硫可膨胀石墨。实施例5一种低污染无硫可膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤(1)取60ml无水乙醇和5ml质量分数为67%浓硝酸溶液配制乙醇浓硝酸的混合溶液；(2)将1. 8g天然鳞片石墨分散于上述混合溶液中，形成分散均勻的悬浊液；(3)将上述悬浊液转入水热反应釜中，在120°C水热反应温度下，水热反应36h ；(4)自然冷却至室温，经过过滤分离出沉淀，用蒸馏水洗涤至滤液PH值为6 7， 最后用无水乙醇洗涤2次；(5)在60°C干燥温度下于真空干燥箱中干燥12h，得到低污染无硫可膨胀石墨。实施例6一种低污染无硫可膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤(1)取60ml无水乙醇和IOml质量分数为67%浓硝酸溶液配制乙醇浓硝酸的混合溶液；(2)将2. 5g天然鳞片石墨分散于上述混合溶液中，形成分散均勻的悬浊液；(3)将上述悬浊液转入水热反应釜中，在80°C水热反应温度下，水热反应48h ；(4)自然冷却至室温，经过过滤分离出沉淀，用蒸馏水洗涤至滤液PH值为6 7， 最后用无水乙醇洗涤2次；(5)在80°C干燥温度下于真空干燥箱中干燥4h，得到低污染无硫可膨胀石墨。膨胀容积的测试膨胀容积是单位质量的可膨胀石墨在规定的温度下膨胀后的体积，单位是ml/g。测定的步骤为称取适量试样(度量应满足试样膨胀后的体积在IOOmL以上)，精确至0. OOlg，置于已在规定温度的高温炉内灼烧5min的石英烧杯中，立即放入规定温度的高温马弗炉内，不关炉门，至不膨胀为止(一般时间为20 30s)，立即取出，读取试样膨化后的体积(读取顶面最点和最低点对应刻度的平均值)。进行膨胀容积测定时，应进行至少两次平行测定，若平行测定结果之差在允许围内，取其算数平均值为测定结果。膨胀容积X (ml/g)按下式进行计算-X = V/m式中V为平行测定的膨胀后试样体积的平均值(mL)，m为平行测定的试样质量的平均值(g)。各实施例所得的低污染无硫可膨胀石墨的膨胀容积列于表1。表1各实施例所得低污染无硫可膨胀石墨的膨胀容积
权利要求
1.一种可膨胀石墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一、将天然鳞片石墨分散于体积比为60 1 60 10的乙醇和浓硝酸混合溶液中，形成分散均勻的浓度为0. 001g/ml 0. 06g/ml的悬浮液；步骤二、将步骤一的悬浮液在80°C 200°C下水热反应4小时 48小时；及步骤三、将步骤二的悬浮液冷却、过滤沉淀、洗涤、干燥，得到可膨胀石墨。
2.根据权利要求1所述的可膨胀石墨的制备方法，其特征在于步骤一中所述乙醇和浓硝酸的体积比为60 2 60 5。
3.根据权利要求1所述的可膨胀石墨的制备方法，其特征在于步骤二中的水热反应温度为120°C 180°C。
4.根据权利要求1所述的可膨胀石墨的制备方法，其特征在于，步骤二中的水热反应时间为18小时 M小时。
5.根据权利要求4所述的可膨胀石墨的制备方法，其特征在于，步骤二中的水热反应时间为M小时。
6.根据权利要求1所述的可膨胀石墨的制备方法，其特征在于，步骤三中干燥温度为 50 80°C。
7.根据权利要求6所述的可膨胀石墨的制备方法，其特征在于，步骤三中干燥温度为 55 70 。
8.根据权利要求1所述的可膨胀石墨的制备方法，其特征在于步骤三中洗涤为用蒸馏水洗涤至滤液PH值为6 7，最后用无水乙醇洗涤。
全文摘要
一种可膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤步骤一、将天然鳞片石墨分散于体积比为60∶1～60∶10的乙醇和浓硝酸混合溶液中，形成分散均匀的浓度为0.001g/ml～0.06g/ml的悬浮液；步骤二、将步骤一的悬浮液在80℃～200℃下水热反应4小时～48小时；步骤三、将步骤二的悬浮液冷却、过滤沉淀、洗涤、干燥，得到可膨胀石墨。上述制备方法的污染较小，且产品含硫量较少。
文档编号C01B31/04GK102476797SQ20101056455
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者周明杰, 王要兵, 邓惠仁 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司