[發明專利]制備金屬插層膨脹石墨的方法

有效

• 申請號: 201210086379.3
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN102631922A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 石磊;皮濤;黃越華;胡孔明;蔡寧;熊文權;朱進
• 申請（專利權）人: 長沙星城微晶石墨有限公司
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J23/755;B01J23/75;B01J37/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種石墨材料的制備方法，特別涉及金屬插層膨脹石墨的制備方法。

背景技術

Fe、Co、Ni等金屬元素是常用的氣相化學沉積制備碳納米管的催化劑，其要求是金屬顆粒不能被氧化，且粒徑要足夠小，然而，納米級的金屬顆粒活性較高，很容易被空氣氧化，不利于儲存。將這些金屬催化劑插于石墨層間，既可以保證金屬顆粒的納米尺寸，又不易于氧化變質。

傳統工藝中，通過固相法可以制備出Fe、Co、Ni等金屬的無水氯化物-石墨插層化合物，再經分解制備出Fe、Co、Ni等金屬的石墨插層化合物，但是，使用該方法會產生毒性極強的氯氣，而且能耗較高，熱處理氣氛苛刻，反應周期長，更為重要是，在氯氣揮發過程中，金屬元素也會隨其脫出石墨層間，導致金屬元素的插層量難以控制。

發明內容

本發明旨在提供一種環境友好、能耗低、插入金屬量可控性強的制備金屬-膨脹石墨插層化合物的方法。

本發明通過以下方案實現：

一種制備金屬插層膨脹石墨的方法，將原料石墨采用現有方法合成為膨脹石墨，再于室溫～100℃，將無水金屬鹽與呈液態的非質子性有機物混合制得無水金屬鹽有機懸浮液，再將膨脹石墨加入到無水金屬鹽有機懸浮液中，攪拌均勻，而后靜置0～4h，之后隔絕空氣在400～700℃溫度下保溫12～48h，冷卻后得到金屬插層膨脹石墨。

所述的液態非質子性有機物優選液態石臘或碳原子數在18～30的直鏈烷烴中的一種。液態石臘則優選熔融石臘或石臘油。

一般而言，插層用的金屬優選Fe、Ni或Co中的一種或多種，即所采用的金屬鹽優選Fe鹽、Ni鹽或Co鹽中的一種或多種，進一步優選采用金屬氯化物。

為了保證插層膨脹石墨的在后續應用過程中的使用性能，插層金屬的量需要調整，因此在制備中，所述金屬鹽與液態有機物的混合比例為：每10ml有機物與0.5～8.0g金屬鹽混合。

與現有制備金屬插層膨脹石墨方法相比，本發明具有以下優點：

1.金屬插層膨脹石墨要比插層天然鱗片石墨容易許多，即使在較低溫度下也可以插入到石墨層間，因此，本發明的方法所需溫度較低，在較低溫度下，其分解反應比較溫和，因而，插入進去的金屬不易被帶出。

2.采用金屬氯化物時，反應所產生的氯氣與有機物可以發生取代反應，因此整個生產工藝基本上沒有氯氣逸出，工藝環境友好。

3.與固相工藝相比，本發明的液相工藝可以使金屬元素更好的分散在石墨層間，所的產物的化學穩定性和結構穩定性更高。

具體實施方式

實施例1

一種制備金屬鐵插層膨脹石墨的方法，步驟如下：

(1)首先將1000Kg石墨與462g高氯酸粉體混合均勻，而后快速攪拌下加入到1200mL冰醋酸中，繼續攪拌30min，轉入球磨攪拌機中，以3000rpm的轉速攪拌3h，而后在1800W功率下超聲處理72h，通過離心制得可膨脹石墨，再將所得可膨脹石墨在空氣氣氛下于900℃熱處理1min制備出膨脹石墨；

(2)60℃，將250g無水氯化鐵與1000mL熔融的正三十烷混合均勻制得無水氯化鐵的懸浮溶液，將膨脹石墨加入到氯化鐵懸浮液中，攪拌均勻，而后靜置1h，轉入管式爐內隔絕空氣加熱至600℃，保溫48h后，冷卻后得到鐵插層膨脹石墨。

實施例2

一種制備金屬鎳插層膨脹石墨的方法，步驟如下：

(1)將1000Kg石墨與387g高氯酸粉體混合均勻，而后快速攪拌下加入到1200mL冰醋酸中，繼續攪拌30min，轉入球磨攪拌機中，以5000rpm的轉速攪拌3h，而后在1500W功率下超聲處理72h，通過離心制得可膨脹石墨，再將所得可膨脹石墨在空氣氣氛下于1000℃熱處理2min制備出膨脹石墨。

(2)80℃溫度下將200g無水氯化鎳與1000mL熔融的正十八烷混合均勻制得無水氯化鎳的懸浮溶液，將膨脹石墨加入到氯化鎳懸浮液中，攪拌均勻，而后靜置2h，轉入管式爐內隔絕空氣加熱至500℃，保溫20h，冷卻后得到鎳插層膨脹石墨。

實施例3

一種制備金屬鈷插層膨脹石墨的方法，步驟如下：