[发明专利]制备金属插层膨胀石墨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨材料的制备方法，特别涉及金属插层膨胀石墨的制备方法。

背景技术

Fe、Co、Ni等金属元素是常用的气相化学沉积制备碳纳米管的催化剂，其要求是金属颗粒不能被氧化，且粒径要足够小，然而，纳米级的金属颗粒活性较高，很容易被空气氧化，不利于储存。将这些金属催化剂插于石墨层间，既可以保证金属颗粒的纳米尺寸，又不易于氧化变质。

传统工艺中，通过固相法可以制备出Fe、Co、Ni等金属的无水氯化物-石墨插层化合物，再经分解制备出Fe、Co、Ni等金属的石墨插层化合物，但是，使用该方法会产生毒性极强的氯气，而且能耗较高，热处理气氛苛刻，反应周期长，更为重要是，在氯气挥发过程中，金属元素也会随其脱出石墨层间，导致金属元素的插层量难以控制。

发明内容

本发明旨在提供一种环境友好、能耗低、插入金属量可控性强的制备金属-膨胀石墨插层化合物的方法。

本发明通过以下方案实现：

一种制备金属插层膨胀石墨的方法，将原料石墨采用现有方法合成为膨胀石墨，再于室温～100℃，将无水金属盐与呈液态的非质子性有机物混合制得无水金属盐有机悬浮液，再将膨胀石墨加入到无水金属盐有机悬浮液中，搅拌均匀，而后静置0～4h，之后隔绝空气在400～700℃温度下保温12～48h，冷却后得到金属插层膨胀石墨。

所述的液态非质子性有机物优选液态石腊或碳原子数在18～30的直链烷烃中的一种。液态石腊则优选熔融石腊或石腊油。

一般而言，插层用的金属优选Fe、Ni或Co中的一种或多种，即所采用的金属盐优选Fe盐、Ni盐或Co盐中的一种或多种，进一步优选采用金属氯化物。

为了保证插层膨胀石墨的在后续应用过程中的使用性能，插层金属的量需要调整，因此在制备中，所述金属盐与液态有机物的混合比例为：每10ml有机物与0.5～8.0g金属盐混合。

与现有制备金属插层膨胀石墨方法相比，本发明具有以下优点：

1.金属插层膨胀石墨要比插层天然鳞片石墨容易许多，即使在较低温度下也可以插入到石墨层间，因此，本发明的方法所需温度较低，在较低温度下，其分解反应比较温和，因而，插入进去的金属不易被带出。

2.采用金属氯化物时，反应所产生的氯气与有机物可以发生取代反应，因此整个生产工艺基本上没有氯气逸出，工艺环境友好。

3.与固相工艺相比，本发明的液相工艺可以使金属元素更好的分散在石墨层间，所的产物的化学稳定性和结构稳定性更高。

具体实施方式

实施例1

一种制备金属铁插层膨胀石墨的方法，步骤如下：

(1)首先将1000Kg石墨与462g高氯酸粉体混合均匀，而后快速搅拌下加入到1200mL冰醋酸中，继续搅拌30min，转入球磨搅拌机中，以3000rpm的转速搅拌3h，而后在1800W功率下超声处理72h，通过离心制得可膨胀石墨，再将所得可膨胀石墨在空气气氛下于900℃热处理1min制备出膨胀石墨；

(2)60℃，将250g无水氯化铁与1000mL熔融的正三十烷混合均匀制得无水氯化铁的悬浮溶液，将膨胀石墨加入到氯化铁悬浮液中，搅拌均匀，而后静置1h，转入管式炉内隔绝空气加热至600℃，保温48h后，冷却后得到铁插层膨胀石墨。

实施例2

一种制备金属镍插层膨胀石墨的方法，步骤如下：

(1)将1000Kg石墨与387g高氯酸粉体混合均匀，而后快速搅拌下加入到1200mL冰醋酸中，继续搅拌30min，转入球磨搅拌机中，以5000rpm的转速搅拌3h，而后在1500W功率下超声处理72h，通过离心制得可膨胀石墨，再将所得可膨胀石墨在空气气氛下于1000℃热处理2min制备出膨胀石墨。

(2)80℃温度下将200g无水氯化镍与1000mL熔融的正十八烷混合均匀制得无水氯化镍的悬浮溶液，将膨胀石墨加入到氯化镍悬浮液中，搅拌均匀，而后静置2h，转入管式炉内隔绝空气加热至500℃，保温20h，冷却后得到镍插层膨胀石墨。

实施例3

一种制备金属钴插层膨胀石墨的方法，步骤如下：