用细鳞片石墨制备无硫可膨胀石墨.pdf

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1、第2期矿产综合利用No．22014年4月MultipurposeUtilizationofMineralResourcesApr．2014用细鳞片石墨制备无硫可膨胀石墨邵景景，朱鹏，李成林。(1．黑龙江科技大学环境与化工学院，黑龙江哈尔滨150022；2．黑龙江科技大学研究生学院，黑龙江哈尔滨150022；3．黑龙江科技大学石墨新材料工程研究院，黑龙江哈尔滨150022)摘要：以天然鳞片石墨为原料，硝酸、磷酸为插层剂，高锰酸钾为氧化剂，采用化学法经氧化酸化插层制备无硫可膨胀石墨，利用正交试验方法确定较佳工艺条件，并对产品进行XRD、S

2、EM测试。结果表明：在反应温度75℃，反应时间30min，石墨(g)：KMnO(g)：HNO3(mL)：H，PO(mE)=10：1．0：22：32条件下，可以制备出膨胀体积达150mlMg的无硫膨胀石墨。相关影响因素的大小依次为：高锰酸钾、反应温度、反应时间、硝酸用量、磷酸用量。XRD测试表明膨胀石墨晶体未受破坏，SEM可见蠕虫状膨胀石墨结构。关键词：可膨胀石墨；无硫；细鳞片石墨；氧化剂；插层剂doi：10．3969／j．issn．1000-6532．2014．02．011中图分类号：TD989文献标志码：A文章编号：1O0—6532

3、(2014)02—0050—04传统方法制备可膨胀石墨是以浓HsO为主试验药品主要有HNO(质量分数为65％～体]，配以各种氧化剂，与大鳞片石墨反应而成。68％)、H：O：(质量分数为30％)、HPO(质量分数用这种方法制备的膨胀石墨，硫含量约在1400×为85％)、KMnO(分析纯)。10一，用作密封材料时，残存的硫会促进石墨一金属试验仪器主要有SX2-10—12型箱式电阻炉、DK一问的电化学反应，造成金属的腐蚀，并且抗氧化能力98一II型电热恒温水浴锅、KZDL-5000型微机智能定较差，在环境温度较高，且有氧化剂存在的条件下，硫

4、仪、德国D8一Advance型x射线衍射仪、荷兰极易被氧化，使密封效果下降，严重的会导致密封失MX2600FE型扫描电子显微镜等。效，这一问题已成为可膨胀石墨制品推广应用的严1．2试验方法重障碍，除此之外天然石墨中，可得的大鳞片石墨1．2．1可膨胀石墨制备少，因此低硫或者无硫可膨胀石墨的制备或细称量5g石墨和一定量高锰酸钾混合均匀，量取鳞片可膨胀石墨的制新工艺研究广受关注，一定体积的硝酸和磷酸混合。将混酸放人一定温度为得到无硫可膨胀石墨，笔者用HNO，与HPO的的恒温水浴锅中，将石墨与高锰酸钾的混合物慢慢混和酸取代HsO。加入其中并不

5、断搅拌，反应一段时间后水洗抽滤至中性，在50℃恒温箱中烘干。按高锰酸钾用量、硝1试验酸体积、磷酸体积、反应时间、反应温度的变化依次1．1原料与设备进行单因素实验，按膨胀体积确定各个单因素较佳试验所用石墨为黑龙江省鸡西市柳毛石墨矿的用量。利用正交试验确定各个因素对膨胀效果影响0．15mm细鳞片石墨。的主次并确定较佳配比。收稿日期：2013—12—20基金项目：国家科技支撑计划项目(2013BAE04BOO)作者简介：邵景景(1970一)，男，硕士，副教授。第2期邵景景：用细鳞片石墨制备无硫可膨胀石墨‘51·1．2．2膨胀体积测定2．1各

6、个单因素对石墨膨胀倍数的影响按GBT10698—1989国家标准测定产品的膨胀KMnO质量、HNO体积、HPO,体积、反应时体积。称取1g可膨胀石墨，置于已在1000℃的高间、反应温度等因素对膨胀倍数的影响结果见图1。温炉内预热5rain的石英烧杯中，再将石英烧杯立即从图1a．b、C、d、e可以看出随着各自量的增加放人1000℃高温炉内，直到石墨不再膨胀为止，立膨胀倍数逐渐增大，当达到一定量时都出现了一个即取出，读取试样膨化后的体积。极大值(极值分别在KMnO0．6g处、HNO10mL处、1．2．3含硫量测定HPO10mL处、反应时间

7、20min处、反应温度70℃以KZDL-5000型定硫仪测定硫含量，测定采用处)，而后都随着量的增多而减少，其中对于图1dGB1430-78标准。当反应时间至40min后膨胀倍数不再随着时间增加1．2．4结构与形貌表征而变化。这是由于KMnO作为氧化剂量过少氧化采用德国D8-Advance型x一射线衍射仪对材料不充分，过多会导致过氧化。HNO，作为插层剂但同进行XRD表征。X射线源为Cu靶，kctl=1．5406~，时也具有氧化剂功能，量少插层不充分，量多导致石连续扫描，速度7．2。／min，步长0．02。，扫描范围2O墨过氧化。HP

8、O作为辅助插层剂可以使插层更加为10～70。，操作电压40kV，电流40mA。充分，但加人过多时，会使硝酸的浓度降低。反应时采用荷兰MX2600FE型扫描电子显微镜对材间过短氧化插层不充分，过长会导致氧化过度。温料进行S