[發明專利]氣態氧化劑替代固、液態氧化劑制備可膨脹石墨的方法

無效

• 申請號: 201510023916.3
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104495834A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 張海軍;趙國剛;劉立柱;孟凡娜
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及制備可膨脹石墨的方法。

背景技術

膨脹石墨是石墨深加工的主要原材料之一，如可膨脹石墨代替含鹵阻燃劑制備低煙、少污染的高分子阻燃材料；膨脹后石墨經碾壓等工藝制備密封材料、導熱材料，應用在核密封及精密電子元件散熱，具有不可替代性。并且由于納米石墨片及石墨烯在目前研究及應用中迅速進步及拓展，高純、高倍率、低污染的可膨脹石墨制備技術必將成為科技攻關的重點之一。

我國石墨企業最早采用濃硫酸-濃硝酸化學氧化法制備可膨脹石墨，但由于濃硝酸易揮發所造成大氣污染而逐步淘汰，之后采用廉價的高鉻酸鈉做氧化劑，濃硫酸做插層劑，但逐漸發現高價鉻在水中存在的危害，此方法業已被禁用，從九幾年到現在一直采用濃硫酸/高錳酸鉀法制備可膨脹石墨，此法在廢水去除錳離子的成本上，及石墨產品雜質及硫含量較高，從而限制其生產規模及應用領域，如對雜質及硫含量要求較高的石墨密封器件，依然需要進口。近年，國內少數企業采用濃硫酸/雙氧水工藝生產可膨脹石墨，產品硫含量最低可達500ppm以下，純度大于99.8％，但雙氧水易分解，產品膨脹倍率極不穩定，受天氣影響因素也較多，同時硫酸用量較大(通常與石墨質量比在3∶1以上)。目前現狀看，石墨行業還亟待發明一種高質量、低成本、環境污染可控的可腹脹石墨制備新技術。

發明內容

本發明要解決目前固態氧化劑(高錳酸鉀、高鉻酸鈉、過硫酸鹽等)制備可膨脹石墨過程中，清洗廢水中重金屬不易處理，石墨含硫量高、產品純度降低的現象，及液體氧化劑(雙氧水、濃硝酸等)反應不穩定，膨脹倍數不可控的弊端，而提供氣態氧化劑替代固、液態氧化劑制備可膨脹石墨的方法。

氣態氧化劑替代固、液態氧化劑制備可膨脹石墨的方法，具體是按照以下步驟進行的：

一、將質量濃度為75％～98％的硫酸溶液和石墨混合均勻，放入密閉壓力容器中；

二、將氣態氧化劑與氮氣混合，得到混合氣體，其中氣態氧化劑為臭氧、氧氣和二氧化氮中一種或幾種按任意體積比的混合；

三、將步驟二中的混合氣體通入步驟一所述的密閉壓力容器中，控制溫度為40℃～85℃、壓力為0.5atm～10atm，反應50min～120min，得到預制物；

四、將步驟三得到的預制物進行離心機脫酸處理，然后低溫烘干，制得可膨脹石墨。

本明中濃酸可循環利用，清洗石墨的廢稀酸經中種、沉淀、分離后重新做清洗水循環利用，固體廢棄物硫酸鈣可做水泥填料。

本發明的有益效果是：本發明采用具有強氧化性的氣體的一種或幾種，代替傳統的固體氧化劑(高錳酸鉀、高鉻酸鈉、過硫酸鹽等)及液體氧化劑(雙氧水、濃硝酸等)；通過壓力、溫度及反應時間對石墨氧化插層進行控制，同一目數石墨膨脹膨脹倍率可控；濃酸可循環利用，稀清洗廢酸易于處理。本發明采用80目石墨在不同壓力、溫度及反應時間下，膨脹倍率150-350ml/g，膨脹后硫含量﹤400ppm，碳含量＞99.8％。

本發明用于制備可膨脹石墨。

附圖說明

圖1為實施例十步驟一所述的石墨的電鏡圖(2000×)；

圖2為實施例十步驟一所述的石墨的電鏡圖(100×)；

圖3為實施例十制備的可膨脹石墨的電鏡圖。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式氣態氧化劑替代固、液態氧化劑制備可膨脹石墨的方法，具體是按照以下步驟進行的：

一、將質量濃度為75％～98％的硫酸溶液和石墨混合均勻，放入密閉壓力容器中；

二、將氣態氧化劑與氮氣混合，得到混合氣體，其中氣態氧化劑為臭氧、氧氣和二氧化氮中一種或幾種按任意體積比的混合；

三、將步驟二中的混合氣體通入步驟一所述的密閉壓力容器中，控制溫度為40℃～85℃、壓力為0.5atm～10atm，反應50min～120min，得到預制物；

四、將步驟三得到的預制物進行離心機脫酸處理，然后低溫烘干，制得可膨脹石墨。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中硫酸溶液和石墨的質量比(3～1)∶1。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中硫酸溶液和石墨的質量比2∶1。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟二中氮氣占混合氣體體積的10％～60％。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式四不同的是：步驟二中氮氣占混合氣體體積的20％～50％。