一种高纯膨胀石墨的制备方法与流程

本发明属于材料制备，具体涉及一种高纯膨胀石墨的制备方法。

背景技术：

1、膨胀石墨作为制造柔性石墨的中间产品，是由天然鳞片石墨经氧化、酸化插层、水洗、干燥、而得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。膨胀石墨不仅具有天然石墨本身的耐热、耐蚀、导电、导热、自润滑等优良特性，而且还具有天然石墨不具备的轻质、柔软、可压缩、回弹等性能，目前，膨胀石墨广泛用作石油、化工、电力、冶金、机械、宇航、核工业等行业。

2、目前市场上的膨胀石墨制备方法有多种，例如，有些制备方法将5g天然鳞片石墨、2g固体naoh混合加入镍坩埚中，加入5ml水、2ml富马酸二乙酯、6ml无水乙醇、1ml三乙二醇二丙烯酸酯后，采用超声波分散后，70℃烘干3h；将镍坩埚放入马弗炉中在650℃下焙烧2h；焙烧结束后，用蒸馏水清洗至中性，过滤；加入7ml 36wt％盐酸溶液，在70℃下浸出1h，然后用蒸馏水清洗至中性，70℃烘干3h，得到高纯石墨。将2.5g高锰酸钾加入中装有45g高氯酸的烧杯中，搅拌均匀后，加入制取的高纯石墨，搅拌均匀，然后加入0.4g硝酸铵，搅拌均匀，在30℃下搅拌反应30min，控制搅拌速度200r/min，反应结束后，用蒸馏水清洗至中性，抽滤，除去滤液，然后70℃烘干3h，即得到可膨胀石墨。将可膨胀石墨置于400℃膨胀20s，得到膨胀石墨。

3、但上述制备方法存在以下两个问题：1、制得的膨胀石墨纯度较低；2、制作工序步骤较多。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高纯石墨的制备方法，包括以下步骤：

2、s1：选购天然石墨，将天然石墨倒入容器内，用含有酸和氧化剂的溶液将天然石墨进行溶解；

3、s2：步骤s1中的氧化反应结束后，用过滤器从溶液中分离出滤渣，用水对滤渣进行洗涤；

4、s3：在洗涤的过程中加入乙二胺四乙酸二钠-氨水溶液，得到第一混合液；

5、s4：将步骤s3中的第一混合液进行搅拌；

6、s5：然后用过滤器从第一混合液中分离出滤渣，用水对滤渣进行洗涤，并同时加入氟化氢铵-盐酸溶液，得到第二混合液；

7、s6：将第二混合液进行搅拌，然后将滤渣从第二混合液中分离出来，用去离子水洗涤至无氯离子后，将滤渣从液体中分离出来；

8、s7：将步骤s6中分离出的滤渣进行干燥，得到石墨。

9、进一步的，步骤s1中的酸为浓硫酸，氧化剂使用重铬酸钾，浓硫酸和重铬酸钾的质量比为27.7:1.7～45.5:2.5。

10、进一步的，步骤s3中，每100克滤渣需要添加乙二胺四乙酸二钠-氨水溶液250-400cm3，乙二胺四乙酸二钠-氨水溶液含有8-10wt％的乙二胺四乙酸二钠和7-9wt％的氨。

11、进一步的，步骤4中，将第一混合液在50-100℃的温度下搅拌反应0.5-2小时。

12、进一步的，步骤5中，每100克滤渣取450-550cm3氟化氢铵-盐酸溶液，其中氟化氢铵的含量为2-4wt％。

13、进一步的，将第二混合液在50-70℃的温度下搅拌反应6-12小时，或在室温下搅拌反应24小时。

14、进一步的，将滤渣在800-1200℃的温度下进行干燥，得到膨胀石墨。

15、发明人对能够有效形成上述离子化合物的氧化剂进行了进一步的研究。其结果，得到下述发现：

16、1、以硫酸与氧化剂的混合液处理石墨时，通过使用能够至少生成过一硫酸根离2-2-子(so5)与过二硫酸根离子(s2o8)中的一种的物质(以下称做“过硫酸源”)与含有过氧化氢的氧化剂，在层间过一硫酸根离子与石墨发生反应能够有效形成上述离子化合物。

17、2、以上述方法得到的热膨胀性石墨，膨胀度、热膨胀开始温度都很高，并且，即使是用至今仍没得到充分膨胀性能的小于80目的微粒石墨而构成的热膨胀性石墨，也能得到出色的特性。根据上述发现完成的本发明的一个实施例的热膨胀性石墨，其特征是1000℃时的膨胀度为大于150cc/g小于等于250cc/g，并且热膨胀开始温度在270℃以上，硫的含量为3％以上7％以下。

18、此处，上述“膨胀度”是指将热膨胀性石墨在1000℃保持10秒时的每单位g的体积(cc),上述“热膨胀开始温度”是指将热膨胀性石墨从150℃开始以每分钟5℃的速度升温，每5℃读取其体积，当膨胀达到原体积1.1倍以上时的温度。

19、本发明的热膨胀性石墨对作为原料的石墨的种类没有限制。天然石墨、热分解石墨、初生石墨等一般性地可以得到的原料石墨都可以使用。

20、本发明的热膨胀性石墨，与历来的热膨胀性石墨不同，即使是细微的石墨粉末也有较高的膨胀度。因而，本发明的热膨胀性石墨，即使全部是小于80目的也可以，此时，80～320目的粒子最好为70％。

21、历来用20～200目，实际使用粉碎成20～80目的石墨。超过200目的微细粒子时，有时会含有使石墨粒子结晶产生变形难以保持层间物质的石墨。但是，本发明的热膨胀性石墨，即使含有这种微细粒子，也能进行硫的化合物的插入及层间物质的保持。因此，例如即使是由42％的80～200目的粒子、28％的200～320目的微细粒子、30％的小于320目的极微细粒子构成的石墨，也能达到超过150cc/g的高膨胀度。

22、本发明的制备方法使用了以下材料：

23、中国襄阳公司生产的浮选富集石墨，含碳量94％；

24、扎瓦列耶夫斯基石墨联合工厂(zavalyevskiy graphite)gost 17022-81的gt-2级浮选富集石墨，含碳量96.4％；

25、印度titan metals and minerals limited生产的浮选富集石墨，含碳量97％；

26、中国青岛公司生产的浮选富集石墨，含碳量94.7％；

27、硫酸，dstu gost 2184:2018工业硫酸；

28、硫酸，dstu gost 2184:2018工业硫酸；

29、其中，硫酸可以使用浓硫酸、无水硫酸、发烟硫酸等。该硫酸浓度通常在95％以上，最好在98％以上。处理液中硫酸的含有率范围在90％以上、最好在95％以上，尤其好的在97％以上。不足90％的话反应速度可能显著下降。另外，如上所述，由于水分起到使热膨胀性石墨的热膨胀开始温度下降的作用，因此处理液中最好尽可能降低水分浓度。

30、氟化氢铵gost 4518-75；

31、其分子式为nh4hf2，相对分子质量为57.05，是一种白色或无色透明斜方晶体，相对密度1.52(25℃)，熔点125.6℃，沸点239.5℃。氟化氢铵可作为玻璃蚀刻剂、防腐剂、氧化铍制金属铍的溶剂、化学试剂、锅炉给水系统和蒸汽发生系统的清洗剂、发酵工业消毒剂和硅素钢板表面处理剂、制造陶瓷和铝镁合金的氧化剂、有机合成氟化剂、电镀液、提取稀有元素的溶剂、硅素钢板的表面处理剂和铝型材表面处理时的腐蚀剂、油田沙石的酸化处理剂等。

32、重铬酸钾gost 4220-75；

33、其分子式为k2cr2o7，是一种重要的铬化工产品。主要用于制备三氧化二铬、硫酸铬钾和铬黄颜料等铬盐产品，也用于制造火柴、炸药、电镀添加剂、媒染、鞣革剂、医药、氧化剂、合成香料、搪瓷瓷釉粉、金属钝化剂、印刷油墨及电焊条等产品。

34、氨水溶液，市场外购；

35、氨水主要成分为nh3·h2o，是氨的水溶液，无色透明且具有刺激性气味。氨的熔点-77.773℃，沸点-33.34℃，密度0.91g/cm3。氨气易溶于水、乙醇。易挥发，具有部分碱的通性，氨水由氨气通入水中制得。氨气有毒，对眼、鼻、皮肤有刺激性和腐蚀性，能使人窒息，空气中最高容许浓度30mg/m。在实际使用时，要注意安全，防止出现人员伤亡。

36、工业氨水是含氨25％～28％的水溶液，氨水中仅有一小部分氨分子与水反应形成一水合氨，是仅存在于氨水中的弱碱。氨水凝固点与氨水浓度有关，常用的(wt)20％浓度凝固点约为-35℃。与酸中和反应产生热。有燃烧爆炸危险。比热容为4.3×103j/kg·℃(10％的氨水)

37、乙二胺四乙酸二钠(edta)gost 10652-73乙二胺四乙酸四钠，乙二胺-n，n，n'，n'-四乙酸，2-水(trilonb)；是一种重要络合剂。用于化学镀铜、镀金、镀铅锡合金、钢铁件的电化学抛光和铜件镀银前的溶液中，也可用edta-na代替。也用于洗涤剂、液体肥皂、洗发剂、农业化学喷雾剂、彩色感光材料冲洗加工漂白定影液、净水剂、ph调节剂、阻凝剂等。在丁苯橡胶聚合用所化还原引发系统中，edta二钠作为活性剂的组成部分，主要用于络合亚铁离子，控制聚合反应速度。

38、去离子水，质量标准mol-lub 09619。

39、去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水。国际标准化组织iso/tc 147规定的“去离子”定义为：“去离子水完全或不完全地去除离子物质，主要指采用离子交换树脂处理方法。”现在的工艺主要采用ro反渗透的方法制取。应用离子交换树脂去除水中的阴离子和阳离子，但水中仍然存在可溶性的有机物，可以污染离子交换柱从而降低其功效，去离子水存放后也容易引起细菌的繁殖。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过液固相分离、洗涤、干燥等步骤，可以较好的解决纯度较低的问题，也简化了现有的制备步骤，能产生较好的经济效益。