一种膨胀石墨的电化学制备方法与流程

本发明属于材料制备，具体涉及一种膨胀石墨的电化学制备方法。

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、高温膨化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、现有技术中公开了一种膨胀石墨的制备方法，将重量为100-200克的分散石墨与浓度为50-57％的硫酸水溶液以每1千克石墨取750-850立方厘米硫酸水溶液的比例预先混合，将所得混合物装入反应容器中并抹平，在混合物的顶部放置一个隔离片和带盖的阴极。用电解液浸润隔离片之后，接通电流，用恒电流模式进行处理。在80ah/kg的阳极处理之后，将石墨混合物挤入过滤器中，以每100g石墨加入10g二氟化铵的比例添加硫酸和二氟化铵。反应温度为20-70℃，反应时间为2-12小时。固体经酸洗、干燥，放入竖炉的石英反应器中在1000℃的温度条件下加热。所得膨胀石墨的纯度为98.5—99.3％。以上制备方法主要是将天然分散石墨中加入硫酸溶液、电化学处理、去除液相、水洗、用氟化氢铵的酸溶液处理、去除液相、干燥和热处理。但这种方法普遍存在以下问题：制得的膨化石墨纯度较低。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，发明人根据自己在本领域中积累的经验，研发出了一种膨胀石墨的电化学制备方法。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种膨胀石墨的电化学制备方法，包括以下步骤：s1：制备浓度30-94％的硫酸为电解液，在电化学反应器的阳极表面均匀涂上4-10毫米厚的石墨粉和电解液的混合物；

4、s2：在石墨粉和电解液混合物层上面铺上一层由耐化学腐蚀聚丙烯布制成的多孔膜；

5、s3：在聚丙烯布层上面压上阴极，确保与石墨粉末的电接触，然后将石墨接通直流电，进行电解，电流密度为0.5-55ma/cm2，耗电量为90-120a·h/kg；

6、s4：电解过程结束后，将固相从溶液中分离出来，然后往固相中加入氨水，直至溶液呈碱性反应；

7、s5：加入乙二胺四乙酸二钠溶液，将配制好的混合物加热至50-100℃，加热时间1-2小时，然后过滤掉溶液，用去离子水洗涤滤渣，加入氟化氢铵-盐酸溶液，在55-75℃下保温5-10小时，用去离子水洗涤至无氯离子；

8、s6：将滤渣从溶液中分离出来，干燥并在800-1200℃的温度下热处理。

9、进一步的，步骤s5中，每100克石墨取5-40克乙二胺四乙酸二钠的比例加入乙二胺四乙酸二钠溶液。

10、进一步的，步骤s5中，氟化氢铵-盐酸溶液的加入量为每100克天然石墨取10-20克氟化氢铵。

11、进一步的，氟化氢铵-盐酸溶液中氟化氢铵的含量为2-4wt％。

12、本发明的制备方法使用了以下材料：

13、中国襄阳公司生产的浮选富集石墨，含碳量94％；

14、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％；

15、中国青岛公司生产的浮选富集石墨，含碳量94.7％；

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

17、硫酸，dstu gost 2184:2018工业硫酸；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。

18、氟化氢铵gost 4518-75；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。

19、重铬酸钾gost 4220-75；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。

20、氨水溶液，市场外购；氨水又称阿摩尼亚水，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。主要用作化肥。

21、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)

22、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。

23、去离子水，质量标准mol-lub 09619；

24、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。

25、聚丙烯布制成的膜。

26、聚丙烯布是一种结构规整的结晶性聚合物，为白色粒料或粉料、无味、无毒、质轻的热塑性树脂，具备易加工、冲击强度、挠曲性以及电绝缘性好等优点，在汽车工业、家用电器、电子、包装、建材及家具等方面具有广泛的应用.本发明使用的聚丙烯薄膜的纵向拉伸模量能够达到3.49gpa以上，横向拉伸模量能够达到5.32gpa以上，纵向断裂强度能够达到72mpa以上，横向断裂强度能够达到105mpa以上。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明通过电化学处理、液固相分离、洗涤、干燥和膨化等步骤，可以较好的解决纯度较低的问题，有效的提高膨胀石墨的纯度，满足市场的现有需求，产生较好的经济效益。