[发明专利]气态氧化剂替代固、液态氧化剂制备可膨胀石墨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备可膨胀石墨的方法。

背景技术

膨胀石墨是石墨深加工的主要原材料之一，如可膨胀石墨代替含卤阻燃剂制备低烟、少污染的高分子阻燃材料；膨胀后石墨经碾压等工艺制备密封材料、导热材料，应用在核密封及精密电子元件散热，具有不可替代性。并且由于纳米石墨片及石墨烯在目前研究及应用中迅速进步及拓展，高纯、高倍率、低污染的可膨胀石墨制备技术必将成为科技攻关的重点之一。

我国石墨企业最早采用浓硫酸-浓硝酸化学氧化法制备可膨胀石墨，但由于浓硝酸易挥发所造成大气污染而逐步淘汰，之后采用廉价的高铬酸钠做氧化剂，浓硫酸做插层剂，但逐渐发现高价铬在水中存在的危害，此方法业已被禁用，从九几年到现在一直采用浓硫酸/高锰酸钾法制备可膨胀石墨，此法在废水去除锰离子的成本上，及石墨产品杂质及硫含量较高，从而限制其生产规模及应用领域，如对杂质及硫含量要求较高的石墨密封器件，依然需要进口。近年，国内少数企业采用浓硫酸/双氧水工艺生产可膨胀石墨，产品硫含量最低可达500ppm以下，纯度大于99.8％，但双氧水易分解，产品膨胀倍率极不稳定，受天气影响因素也较多，同时硫酸用量较大(通常与石墨质量比在3∶1以上)。目前现状看，石墨行业还亟待发明一种高质量、低成本、环境污染可控的可腹胀石墨制备新技术。

发明内容

本发明要解决目前固态氧化剂(高锰酸钾、高铬酸钠、过硫酸盐等)制备可膨胀石墨过程中，清洗废水中重金属不易处理，石墨含硫量高、产品纯度降低的现象，及液体氧化剂(双氧水、浓硝酸等)反应不稳定，膨胀倍数不可控的弊端，而提供气态氧化剂替代固、液态氧化剂制备可膨胀石墨的方法。

气态氧化剂替代固、液态氧化剂制备可膨胀石墨的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将质量浓度为75％～98％的硫酸溶液和石墨混合均匀，放入密闭压力容器中；

二、将气态氧化剂与氮气混合，得到混合气体，其中气态氧化剂为臭氧、氧气和二氧化氮中一种或几种按任意体积比的混合；

三、将步骤二中的混合气体通入步骤一所述的密闭压力容器中，控制温度为40℃～85℃、压力为0.5atm～10atm，反应50min～120min，得到预制物；

四、将步骤三得到的预制物进行离心机脱酸处理，然后低温烘干，制得可膨胀石墨。

本明中浓酸可循环利用，清洗石墨的废稀酸经中种、沉淀、分离后重新做清洗水循环利用，固体废弃物硫酸钙可做水泥填料。

本发明的有益效果是：本发明采用具有强氧化性的气体的一种或几种，代替传统的固体氧化剂(高锰酸钾、高铬酸钠、过硫酸盐等)及液体氧化剂(双氧水、浓硝酸等)；通过压力、温度及反应时间对石墨氧化插层进行控制，同一目数石墨膨胀膨胀倍率可控；浓酸可循环利用，稀清洗废酸易于处理。本发明采用80目石墨在不同压力、温度及反应时间下，膨胀倍率150-350ml/g，膨胀后硫含量﹤400ppm，碳含量＞99.8％。

本发明用于制备可膨胀石墨。

附图说明

图1为实施例十步骤一所述的石墨的电镜图(2000×)；

图2为实施例十步骤一所述的石墨的电镜图(100×)；

图3为实施例十制备的可膨胀石墨的电镜图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式气态氧化剂替代固、液态氧化剂制备可膨胀石墨的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将质量浓度为75％～98％的硫酸溶液和石墨混合均匀，放入密闭压力容器中；

二、将气态氧化剂与氮气混合，得到混合气体，其中气态氧化剂为臭氧、氧气和二氧化氮中一种或几种按任意体积比的混合；

三、将步骤二中的混合气体通入步骤一所述的密闭压力容器中，控制温度为40℃～85℃、压力为0.5atm～10atm，反应50min～120min，得到预制物；

四、将步骤三得到的预制物进行离心机脱酸处理，然后低温烘干，制得可膨胀石墨。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中硫酸溶液和石墨的质量比(3～1)∶1。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中硫酸溶液和石墨的质量比2∶1。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中氮气占混合气体体积的10％～60％。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤二中氮气占混合气体体积的20％～50％。