[发明专利]石墨插层化合物及其制备方法和应用

说明书

提供一种制备石墨插层化合物的方法，在反应釜内利用气化的插层剂与石墨在大于所述插层剂气化的温度下进行插层反应，反应结束后排出气体状态的插层剂，进而得到所述石墨插层化合物；其中所述石墨放置于所述反应釜内的容器内，所述插层剂放置于所述反应釜的釜底。本发明还提供该方法制备的石墨插层化合物及其应用。本发明的方法，采用气化的插层剂于石墨反应，反应完成后排出气体状态的插层剂。不需要除去多余的插层剂，省去分离步骤，插层剂的用量少，节约用水。在原料加入阶段，插层剂和原料石墨分别放置在不相互接触的地方，不直接互相接触，装卸方便，原料石墨可占反应釜容积的1/3以上，处理量大，易于工业大批量生产。

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，具体涉及一种制备石墨插层化合物的方法及烃类氧化方法。

背景技术

石墨晶体是碳原子以共价键结合成的六角环形(碳原子间距为0.142nm)片状体的层叠结构，层面与层面之间距离较大(0.335nm)，利用化学或物理的方法在石墨晶体的层面间插入各种分子、原子或离子，而不破坏其二维结构，只是使其层面间距增大，形成一种石墨特有的化合物称之为石墨层间化合物，也称石墨插层化合物。石墨插层化合物与石墨相比具有更高的导电性，而且化学性质稳定，此外石墨插层化合物可通过物理化学方法进一步处理得到高质量石墨烯，因此倍受人们关注。现有石墨插层化合物多采用双室法和溶剂法，前者反应条件苛刻，产量低，后者难以得到低阶产物或纯产物，且存在溶剂共插入现象，因此近年来人们发展了另一种方法——混合法，这种方法不仅装置简单，反应速度快，而且适合大量合成。

有中国专利(申请号为201310581859.1)公开了一种磁性铁基石墨插层化合物及其方法，该磁性铁基石墨插层化合物是以石墨微粉为原料，经过预氧化、氯化铁混合、干燥、插层、酸洗及还原过程合成得到。上述发明所用原料便宜易得、方法简单高效，所得产品具有铁基磁性物质良好的导磁性和石墨基材良好的导电性，其插层结构又赋予铁基插层化合物优异的稳定性，但其工艺过程包括预氧化，以及后期的酸洗，方法复杂，同时由于酸洗对环境影响较大。

另在中国专利(申请号为201510186358.2)公开了一种石墨插层化合物的合成工艺，包括如下步骤：首先将石墨原料以及反应釜进行干燥处理；向反应釜内加入石墨及插层剂,石墨与插层剂的质量比为1：0.5-10；将反应釜内的石墨与插层剂搅拌混合均匀，抽除釜体内空气，其真空度500帕；将反应釜加热，釜体内温度升至280℃-550℃时，持续反应1-10小时，然后冷却，得到稳定的石墨插层化合物，该工艺简单，制得的石墨插层化合物纯度高阶数低。其步骤(4)中釜体中的石墨插层化合物冷却后，然后用纯水将石墨插层化合物从釜体内冲出并收集，然后将石墨插层化合物洗涤至中性。虽然其说明书中指出利用纯水清洗石墨插层化合物，所得滤液为纯的插层剂溶液，可回收利用，不影响环境。但插层剂溶液浓度低，回收利用难度大，特别是能耗高，实际存在很大的环境问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种石墨插层化合物的制备方法及烃类氧化方法。

本发明一方面提供一种制备石墨插层化合物的方法，在反应釜内利用气化的插层剂与石墨在大于所述插层剂气化的温度下进行插层反应，反应结束后排出气体状态的插层剂，进而得到所述石墨插层化合物；所述石墨放置于所述反应釜内的容器内，所述插层剂放置于所述反应釜的釜底。

根据本发明的另一实施方式，在进行所述插层反应前，用氮气置换所述反应釜内的空气后密封；所述反应釜内氧气体积含量小于5％，水蒸汽含量小于1％。

根据本发明的另一实施方式，所述石墨占所述反应釜容积的1/3以上，所述插层剂气化后进入容纳所述石墨的所述容器内进行插层反应。

根据本发明的另一实施方式，相对于100重量份所述石墨，所述插层剂的用量为1-500重量份，优选为2-200重量份，更优选为5-100重量份。