氧化法制備可膨脹石墨

氧化法制備可膨脹石墨可膨脹石墨在柔性石墨、吸油材料、阻燃劑、高能電池與電極、導(dǎo)電材料、軍事等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。然而，應(yīng)用在工業(yè)上的膨脹石墨材料主要是利用大鱗片石墨作為原料而制得的，隨著大鱗片石墨資源的日益枯竭，研究將細(xì)鱗片石墨制備成性能優(yōu)異的膨脹石墨材料顯得尤為重要[2]。細(xì)鱗片石墨的純度一般很低，所以需要對其提純。目前，一般的化學(xué)氧化法用濃硫酸、濃硝酸等強(qiáng)氧化性酸浸漬高純度的天然鱗片石墨，強(qiáng)氧化劑用量較大，石墨容易被過氧化；反應(yīng)進(jìn)行很快，很難保證產(chǎn)物組成與預(yù)期相符，限制了產(chǎn)品應(yīng)用，而且嚴(yán)重污染環(huán)境且廢液難以處理。本實(shí)驗(yàn)采用H2SO4和H3PO4勺混合液來氧化石墨，大大降低了酸的濃度，有利于環(huán)境的保護(hù)。實(shí)驗(yàn)部分試劑與儀器天然鱗片石墨(120目，碳含量為87%)；w(H2SO4)=98%，分析純；w(H3PO4=85%分析純；w(HF)=30%分析純；w(K2Cr2O7)=99.5%，分析純。BS-224型電子天平；HH-2恒溫水浴鍋；R-1236馬沸爐。天然鱗片石墨提純根據(jù)固定碳含量的不同可將鱗片石墨產(chǎn)品劃分為低碳、中碳、高碳、高純石墨四個(gè)檔次。本試驗(yàn)采用的鱗片石墨原料的固定含碳量不是很高，只有87%，而高碳石墨產(chǎn)品的固定碳含量要求為94?99%因此屬于中碳石墨。高碳石墨是通過對中碳石墨進(jìn)行提純得到的。高碳石墨的提純工藝的本質(zhì)就是采取有效的手段，將這部分雜質(zhì)去除。任何硅酸鹽都可以被氫氟酸溶解，這一性質(zhì)使氫氟酸成為處理石墨中難溶礦物的特效試劑[3]。方法是在35C水浴鍋中，用氫氟酸浸泡鱗片石墨2h，水洗至中性、干燥純化，就得到高純石墨。測提純過的鱗片石墨的含碳量為99.4%。1.4測試與表征（1）膨脹容積的測定采用微波膨脹測可膨脹石墨的膨脹容積，得出的膨脹容積具有很好的導(dǎo)電性。（2）采用X-衍射儀對可膨脹石墨氧化程度進(jìn)行分析，根據(jù)測試結(jié)果確定26，利用布拉格方程2dsin6=nX計(jì)算片層間距。結(jié)果與討論2.1H2SO4禾口H3PO4I的混合液對EV的影響稱取10g提純過的鱗片石墨做原料，1gK2Cr2O7做氧化劑，玻璃燒杯在35C的水浴鍋中反應(yīng)1h,水洗干燥。研究不同混酸比例對膨脹容積的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可知，當(dāng)磷酸與硫酸比為0.5時(shí)，膨脹容積為195ml/g，隨著磷酸的加入，膨脹容積再增加，當(dāng)磷酸的含量為50%時(shí)，膨脹容積達(dá)到最大為250ml/g，再增加磷酸的含量，膨脹容積減小。由此可知硫酸的濃度過低或過高，石墨的膨脹體積都會(huì)減少，這是因?yàn)椋?dāng)磷酸的量很大時(shí)，大大降低了酸的濃度，使插層難以進(jìn)；而硫酸的量過多時(shí)，容易導(dǎo)致過氧化。氧化劑重鉻酸鉀的添加量對膨脹容積的影響稱取10g提純過的鱗片石墨做原料，在H2SO(4mL)：H3PO4(mL)=1:1下，加入不同量的氧化劑K2Cr2O7,研究不同氧化劑對膨脹容積的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知，加入一定量的重鉻酸鉀定會(huì)增加膨脹容積，這是因?yàn)橹劂t酸鉀是強(qiáng)氧化劑，能夠打開石墨的邊緣層狀結(jié)構(gòu)。隨著氧化劑增加，膨脹容積也在不斷的呈直線增加，這是因?yàn)檠趸瘎┝康脑黾?，打開石墨邊緣的能力也增強(qiáng)，使層與層之間的距離增大，更加有助于大量的插層劑進(jìn)入。當(dāng)重鉻酸鉀的用量為1.0g時(shí)，膨脹容積達(dá)到最大為250mL/g。但是再增加重鉻酸鉀的量，膨脹容積不增反而下降，這是因?yàn)檫^多的氧化劑使鱗片石墨過度氧化了，使本來完好的鱗片石墨粉碎成了更小的鱗片，導(dǎo)致插入里面的部分插層劑流失，膨脹容積減小。鱗片石墨與氧化石墨的XRD表征插層結(jié)果的定量表示可以石墨片層打開的情況來確定，片層間距打開的越大說明氧化的效果越好，可以采用XRD測試的方法，確定2B,然后利用布拉格方程計(jì)算層片間距的大小。得知鱗片石墨的26=25.791，經(jīng)計(jì)算d=0.345nm,電解氧化的26=24.753，經(jīng)計(jì)算d=0.36nm,石墨的26左移，片層間距變大，且特征峰的強(qiáng)度明顯下降，說明石墨層間插入了較多的物質(zhì)。結(jié)論（1）通過研究混酸的比例以及氧化劑的用量，得出制備可

膨脹石墨的最佳工藝：在H2SO4（mL）：H3PO4（mL）=1：1，石墨（g）:重鉻