天然微细鳞片石墨制备膨胀石墨.pdf

第34卷第3期
非金属矿
Vol34 No
2011年5月
Non-metallic Mines
May,2011
天然微细鳞片石墨制备膨胀石墨
黄智萍余志伟陈林王太保杨媛徐莎莎
(东华理工大学化学生物与材料科学学院,江西抚州344000)
摘以平均粒径为26m的天然微细鳞片石墨为原料,以浓硫酸为插层剂,高锰酸钾作为氧化剂,采用强酸浸渍法制备酸化石,经
高漫膨胀制得膨胀石显。研究了细鳞片石墨酸化和膨胀的主要影响因素,确定了膨胀石墨的最佳制备条件:高紙酸钾与石的质量比为0.35、
碗酸与石昼的质量比为5.5,硫酸浓度为98%,反应时间为90min,反应温度为40℃,膨化温度为900℃,膨化时间为50s。此细鳞片石的最
佳膨胩体积达到17.4mLgs
关键词片石墨膨胀石墨膨胀倍数最佳工艺
中層分类号:1Dm52文献标识码:A文章编号:1000809(201130026-04
Preparation of Expanded Graphite from Natural Fine Graphite
Ben Zhiping Yu Zhiwei Chen Lin Wang Taibao Yang Yuan Xu Shasha
(East China University of Technology, Fuzhou, Jiangxi 344000)
Abstract Expanded raphite was prepared by a chemical me ho un ual ake hi e paricle size of whch was concentrate
sulfuric acid as intercalation a en, and o um permanganate as xidan. The optimum condition of preparing the expand graphite was determined
by the reeah of faos an x an m H m(KM 0.3 he co aci was
reaction time was m and reaction ma e was 40 Exas m e was 900C,Expanded time was 5
Key words fine flake graphite expanded graphite expansion times optimal parameters
石层间化合物(GIC)是在石墨层间插入外来解,发生爆发性地气化,瞬时产生大量气体,从层间外
物质后形成的一类新型原子、分子尺度上的复合材溢,产生巨大的推动力,这种推动力能克服石层间
料,已成为石握行业内新的发展方向。它既保留了石的范德华力,使层间距增大,导致石体积迅速膨胀,
的优异理化特性,同时由于磯原子平面与插入物质形成膨胀石墨间。
的相互作用,又产生了一系列新的理化特性,如高导
目前,国内制备膨胀石墨主要采用大鳞片石墨,
电性、超导性触媒特性、储氬特性等。经高温膨化但是大片石墨产量小、价格高;而缰鳞片石晏产量
制得的膨账石遏外观类似端虫,热力学性质稳定,具大、成本低,故研究细片石意义十分重大。
有排常大的比表积和丰富的孔结构,可用作油等有1实验部分
机污染物的吸附材料。由膨胀石墨制成的石纸、1.1原料及试剂
板、带材和各种密封部件具有优良的可压缩性、回弹
石墨,取自殿前石墨矿,经过浮选和化学提纯,固
性和柔软性,广泛应用于石油化工、治金、宇航及核定磯含量为91.96%,其粒度分析结果见图1。由图1
反应堆等科技领城8。
可知,殿前石墨的平均粒径为26pm,其中70%的石
石是是具有层状结构的晶体,具有层间结合力粒径小于37um,因此可判断殿前石墨矿属微细鳞
弱,层间距大的特点。在这类晶体中,每一层是8键片石墨。
和π键结合而成的大分子,而层与层则以很弱的范德
华力结合,层闻距约为3.35A。当强氧化剂存在的条
率曲
件下,鳞片石的边缘被活化,其层间的稳定性也被
40
积画墙}60
30
140
破坏,这样就可使硫酸根离子通过边缘的缺陷进入石
20
层间,与碳的六角网状乎面结合,生成石墨硫酸氨
0.050.100.150
盐(即GIC),这时石墨层间距可扩大到9A左右。
颖檀直径
该石墨盐是不稳定的,可膨胀石墨在高温下会迅速分
图1石墨粒度分布曲线
收稿日期:2011-02-16
HF,浓度40%,上海化学试剂厂;H2SOA,浓度
通讯作者:Tel:13707041320
98%,南昌洪都试剂化工厂;高锰酸钾,含量99.5%
贲智萍,余志伟,陈林,等
天然微细鳞片石墨制备膨胀石累
北京市朝阳区化工四厂,均为分析纯。
1.2仪器设备电热鼓风干燥箱、恒温水浴锅、电子
天平(最小分度值0.01mg)箱式电阻炉、烧杯。
1.3实验过程实验工艺流程为:石墨浮选精矿→
E海
化学提纯→酸化处理(插层反应)→高温膨胀→膨胀
8姑50如0350404505005
石墨。
高锰酸钾与石墨质量比
1.3.1酸化实验:先将硫酸溶液升至规定温度后,加
图2高錳酸钾用量对石墨膨胀倍数的影响
入细鳞片石墨,不断搅拌至混合均匀,形成浆状悬浮
在反应过程中,随着高锰酸钾用量的增加,反应
液,再加入高锰酸钾,高锰酸钾采取分批加入的方式,体系的黏度逐渐增加,当高锰酸钾与石墨的质量比为
防止一次性加入导致溶液局部浓度过高,造成过度0.35时,黏度增加的速度很快,一段时间过后已无法
氧化,破坏石墨的结构,使石墨不能均匀氧化,从而影顺利搅拌。这一方面是因为此时反应体系中高锰酸
响实验结果;反应过程中间歇搅拌,反应至规定时间钾浓度增大,插层反应过于激烈,迅速消耗了大量硫
后终止反应;反应产物用水洗至中性,于60℃下干燥酸,溶液中溶剂减少,导致反应体系的黏度增加;另
4h。温度超过80℃会引起物料结团,降低流动性,甚方面是因为大部分石墨结构被破坏,变成更加细小的
至会产生初级膨胀,降低膨胀容积閣。酸化实验重点颗粒,导致体系的黏度变大
考察硫酸浓度及用量、高锰酸钾用量、反应时间和反
在硫酸用量一定的情况下,随着高锰酸钾用量的
应温度等因素对石曌膨胀体积的影响。
增加,溶液的放热程度越来越剧烈,这是因为插层反
1.3.2膨胀实验:取1g酸化石墨置马弗炉中,于一定应是放热反应,随着氧化剂浓度的增加,反应也越来
温度和时间条件下进行膨胀实验,膨胀结束后取出,越剧烈,体系温度也会越来越高。大量的反应热会使
测量其膨胀容积(mLg)。为了减小误差,每组样品分可膨胀石墨产生初级膨胀,降低膨胀容釈。
别测量3次,取其平均值。膨胀实验主要考察膨胀温2.2硫酸用量对石墨膨脒体积的影响实验基本
度和膨胀时间对酸化石墨膨胀体积的影响
条件保持不变,硫酸与石墨的质量比分别为2.5、3.0
2结果与讨论
3.5、4.0、4.5、5.0、5.56.0,考察硫酸与石墨质量比对石
实验的基本条件如下:硫酸与石墨质量比为3.5,曌膨胀效果的影响,结果见图3。由图3可知,当硫
高锰酸钾与石墨的质量比0.15,硫酸浓度为85%,反酸与石墨的质量比小于5.5时,石墨膨胀体积随着硫
应时间90min,反应温度50℃,膨化温度900℃,膨化酸用量的增加而增