[發明專利]一種用微晶石墨制備膨脹微晶石墨材料的方法

有效

• 申請號: 201510042450.1
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104556022B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 彭同江;鮮海洋;孫紅娟;汪建德
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司11322
• 代理人: 張亞初,郭凡

技術領域

本發明涉及一種用微晶石墨制備膨脹微晶石墨材料的方法，屬于非金屬礦產開發利用、新型碳納米材料、功能化石墨烯材料及應用領域。

背景技術

膨脹石墨是一種炭素材料。采用可膨脹石墨為原料，經高溫(通常為700～1200℃)處理時，插入膨脹石墨層間的物質急劇分解，產生的氣體在可膨脹石墨層間域中形成高壓并沿c軸方向高倍地擴張，體積密度由0.7～1.8g/cm³變為0.003～0.03g/cm³，膨脹倍數達數十至數百倍。由于膨脹石墨結構松散，多孔而呈蠕蟲狀，表面積大，表面能高，因而具有優異的液相吸附性能，良好的可塑性，較好的柔韌性、延展性以及密封性，因此被廣泛應用于環保、機械、化工、航空航天、原子能等領域。

目前，采用天然石墨為原料制備膨脹石墨材料的技術中所使用的原料一般為晶質大鱗片石墨。除公告號為CN103738955A的中國專利申請“一種以Kish石墨為原料的膨脹石墨環保材料及其制備和應用”報道了一種以Kish石墨為原料的膨脹石墨環保材料制備方法外，其余報道的膨脹石墨制備方法均采用鱗片石墨為原料。

天然石墨有晶質(鱗片狀)石墨和微晶(土狀)石墨，微晶石墨晶體直徑通常小于1μm，呈微晶集合體，分選性較差，故在工業上不如鱗片石墨應用廣泛。我國微晶石墨資源豐富，主要蘊藏在中國河北、湖南、內蒙、山西和吉林等地，占全球儲存量的一半以上。微晶石墨晶體細小，集合體呈土狀，無明顯結晶取向，在電子、機械、鋼鐵、鑄造、日用化工等工業領域具有廣泛的用途。

微晶石墨與晶質石墨相對比，晶體習性具有突出的差異性，前者呈鑲嵌集合體，顆粒微小，電子顯微鏡下可見單體形態；后者呈單晶分散鱗片狀，晶片肉眼可見。二者在化學反應屬性、結晶取向性等方面具有明顯差異性。因而，采用傳統工藝一直沒有攻克采用微晶石墨制備膨脹微晶石墨的技術方法。也未見有關于以微晶石墨為原料制備膨脹石墨材料技術方法的研究報道。

晶質石墨鱗片大，集合體取向性好。但在電池和超級電容器電極材料中，需要取向性差、均質性好的石墨材料，為此常將晶質石墨進行球形化處理，但結果并不理想。而微晶石墨顆粒細小，集合體取向性差、均質性好，經膨脹處理后所獲得的膨脹微晶石墨具有更優異的電性能，這對于電池和超級電容器電極材料等的使用是非常重要的。

發明內容

為合理、充分開發微晶石墨資源，突破微晶石墨制備膨脹石墨材料的技術瓶頸，在微晶石墨礦物學屬性研究基礎上，攻克了本發明的技術方法，其目的是提供一種生產工藝流程短，成本低，以微晶石墨為原料制備膨脹微晶石墨材料的方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種用微晶石墨制備膨脹微晶石墨材料的方法，包括步驟如下：

1)取微晶石墨原料破碎且粉磨成粒度為20～600目的微晶石墨粉體；

2)將步驟1)的微晶石墨粉體與插層劑和強氧化劑置于帶攪拌和加熱功能的耐酸反應裝置內進行化學插層處理，得到可膨脹微晶石墨酸性懸浮液；

3)將步驟2)的可膨脹微晶石墨酸性懸浮液經過濾、洗滌、干燥處理后得到可膨脹微晶石墨；

4)將步驟3)得到的可膨脹微晶石墨置入氣氛加熱爐內加熱焙燒處理，得到所述膨脹微晶石墨材料。

上述步驟1)所用的微晶石墨原料為天然產出或經提純加工的微晶石墨，該微晶石墨的微晶尺寸為0.2～5.0μm，含碳量為70％～99％。

上述步驟2)中的化學插層處理包括如下步驟：A)將所述插層劑與所述微晶石墨粉體按液固比為5∶1～50∶1L/Kg混合攪拌均勻；B)按所述微晶石墨粉體與所述強氧化劑的質量比為1∶0.5～1∶6加入所述強氧化劑，在室溫下攪拌均勻后，升溫至30～50℃繼續攪拌反應0.5～3.0h；C)最后加入去離子水使所述反應裝置內的溫度升高至60～100℃，再繼續攪拌反應0.5～3.0h。

所述的插層劑為濃硫酸或/和濃硝酸；所述強氧化劑為高錳酸鉀或/和重鉻酸鉀。

上述步驟3)中過濾用的濾膜最大孔徑為0.5～25μm；洗滌指對濾渣用1％～10％的稀鹽酸洗滌3～5次，再用去離子水洗滌至濾液pH為5～7；干燥指在常溫～90℃條件下干燥；得到的所述可膨脹微晶石墨的層間距為0.6～1.2nm。

上述步驟4)中氣氛加熱爐所用的氣氛為空氣、氮氣或氬氣中的任一種；所用的氣氛加熱爐為電加熱爐、微波加熱爐或火力加熱爐中的任一種。

上述加熱焙燒處理的溫度為100～1000℃，時間為30s～3h。