本發明涉及新材料領域，具體涉及一種膨脹石墨的制備方法。

背景技術：

膨脹石墨作為制造柔性石墨的中間產品，是由天然鱗片石墨經氧化、酸化插層、水洗、干燥、高溫處理而得到的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質，又名石墨蠕蟲。

膨脹石墨不僅具有天然石墨本身的耐熱、耐蝕、導電、導熱、自潤滑性等優良特性，還具有天然石墨不具備的輕質、柔軟、可壓縮、可回彈等性能，因此，在密封領域，膨脹石墨材料具有比石棉、橡膠等材料更優異的性能和用途。

用膨脹石墨制成的各種帶、板、片材已廣泛用作石油、化工、電力、冶金、機械、宇航、核工業等行業領域。例如，用膨脹石墨制成的柔性石墨制品被譽為世界“密封之王”，在機械密封領域具有極其重要的地位；膨脹石墨在環保領域可作為吸油材料，用于廢油回收以及廢水治理中的微生物載體；由膨脹石墨制備的石墨散熱板成為取代銅、鋁等傳統金屬材料的新一代散熱基材。此外，膨脹石墨還可用作醫療敷料、催化劑、固定化載體及固體電解液等。

現有技術中，膨脹石墨的制備方法主要有電化學法和化學氧化插層法兩種，其中，化學氧化插層法是工業上應用比較廣泛和比較成熟的方法。傳統的化學氧化插層法制備膨脹石墨的方法，一般以濃硫酸為插層劑，Cl₂、重鉻酸鹽、H₂O₂、HNO₃等為氧化劑的反應體系。然而，很難連續反應、生產周期較長，難以實現石墨的連續性生產。

技術實現要素：

為此，本發明所要解決的是現有膨脹石墨生產周期長、難以實現石墨的連續性生產的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

本發明所述的一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

在鱗片石墨中加入第一混合溶液，20℃～45℃攪拌反應15min～35min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；

在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，20℃～45℃攪拌反應5min～15min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物；

將所述初產物置于850℃～1100℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨。

可選地，所述第一混合體系制備步驟中，所述鱗片石墨、所述氯酸鈉、所述高氯酸混合液的比例為(2～4)g：(0～2)g：(1～6)mL。

可選地，所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為(0～2)g：(1～6)mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為(1～8)mL：(2～4)g。

可選地，所述膨脹石墨的制備方法還包括：將所述第一混合體系進行第一次超聲震蕩5min～10min的步驟，超聲功率為500w～800w。

可選地，所述膨脹石墨的制備方法還包括：將所述第二混合體系進行第二次超聲震蕩5min～10min的步驟，超聲功率為1500w～2000w。

可選地，所述第一混合體系制備步驟中，所述攪拌步驟為：80r/min～120r/min攪拌0～5min，280r/min～350r/min攪拌10min～30min；所述第二混合體系制備步驟中，攪拌速度為：280r/min～350r/min。

可選地，所述第二次超聲步驟之后還包括對第二混合系統進行脫色的步驟。

可選地，所述脫色步驟為：在所述第二混合體系中加入體積分數為10％～40％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

可選地，所述灼燒步驟之前還包括對初產物進行干燥的步驟，干燥溫度為40℃～65℃，干燥時間為2h～4h。

可選地，所述洗液為水；所述鱗片石墨目數不大于35目。

本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：

1、本發明實施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：在鱗片石墨中加入第一混合溶液，20℃～45℃攪拌反應15min～35min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，20℃～45℃攪拌反應5min～15min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物；將所述初產物置于850℃～1100℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨。所述的膨脹石墨的制備方法，通過分步氧化插層的方法制備，在第一氧化插層步驟中，氯酸鈉在酸性條件下，釋放強氧化性氣體二氧化氯、協同ClO₄^-對石墨進行第一次氧化，ClO₄^-、HClO₄、ClO₃^-、HClO₃等基團形成多級插層結構；在第二氧化插層步驟中，以高錳酸鉀為主氧化劑，協同ClO₄^-對石墨進行第二次氧化，再次插層。不但使得石墨氧化更徹底、插層效率更高，制備的膨脹石墨的膨脹倍率可達500ml/g～800ml/g；而且步驟簡單、能夠實現連續反應、生產周期短，適合工業化生產。

2、本發明實施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，還包括將所述第一混合體系進行第一次超聲震蕩的步驟，使得體系中的溶液發生弱空化現象，產生微小空化氣泡，爆破后產生沖擊力和負壓吸力，促進二氧化氯的生成，使氧化劑充分地打開石墨層，有效縮短了反應時間。

3、本發明實施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，還包括將所述第二混合體系進行第二次超聲震蕩的步驟，使得體系中的溶液發生強烈的空化現象，不斷產生微小空化氣泡，這些氣泡在聲壓作用下急速地大量產生，并不斷地猛烈爆破，產生強大的沖擊力和負壓吸力，再次促進石墨的氧化的同時，使插層劑能夠較順利地進入石墨層與層之間，有效縮短了反應時間。

4、本發明實施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，所述第一混合體系制備步驟中，先慢速攪拌均勻，使得反應物充分接觸，再快速攪拌，讓反應充分進行。不但有效縮短了反應時間，而且避免了因勻速攪拌造成的反應物反應時間長、反應不充分的問題。

5、本發明實施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，還包括脫色的步驟，脫色劑為雙氧水，雙氧水和過量的高錳酸鉀反應，生成沉淀MnO₂，有效避免了因直接排放造成的環境危害。

6、本發明實施例所述的一種膨脹石墨的制備方法，原料不含硫酸，不但增強了產品的抗氧化性和韌性，擴大了產品的應用范圍；而且，生成廢液處理成本低，有效節約了生產成本。

附圖說明

為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中

圖1是本發明實施例1所制備的膨脹石墨的掃描電鏡圖片(25倍率)；

圖2是本發明實施例1所制備的膨脹石墨的掃描電鏡圖片(1000倍率)；

圖3是本發明實施例1所制備的膨脹石墨的拉曼測試圖譜。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的實施方式作進一步地詳細描述。

本發明可以以許多不同的形式實施，而不應該被理解為限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例，使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發明的構思充分傳達給本領域技術人員，本發明將僅由權利要求來限定。

下述實施例中的化合物均為市售產品，所述的高氯酸的濃度為72wt％，分析純；氯酸鈉、高錳酸鉀、雙氧水均為分析純；水為自來水；鱗片石墨，含碳量＞98％。

實施例1

本實施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、在鱗片石墨中加入第一混合溶液，30℃、100r/min攪拌反應3min，再300r/min攪拌反應17min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；所述鱗片石墨為30目。

所述鱗片石墨、所述氯酸鈉、所述高氯酸混合液的比例為3g：3g：4mL。

將所述第一混合體系進行第一次超聲震蕩7min的步驟，超聲功率為600w。

S2、在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為1g：4mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為4mL：3g。

將所述第二混合體系進行第二次超聲震蕩8min的步驟，超聲功率為1700w。

在所述第二混合體系中加入體積分數為30％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S3、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物；對所述初產物進行干燥，干燥溫度為50℃，干燥時間為3h。

S4、將所述初產物置于900℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經測試，其膨脹倍率為780ml/g。

所述膨脹石墨的掃描電鏡圖片如圖1、圖2所示，拉曼測試圖譜如圖3所示。

實施例2

本實施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、在鱗片石墨中加入第一混合溶液，45℃、80r/min攪拌反應3min，再350r/min攪拌反應12min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；所述鱗片石墨為35目

所述鱗片石墨、所述氯酸鈉、所述高氯酸混合液的比例為2g：2g：6mL。

將所述第一混合體系進行第一次超聲震蕩5min的步驟，超聲功率為800w。

S2、在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，20℃、350r/min攪拌反應15min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為0.1g：6mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為1mL：2g。

將所述第二混合體系進行第二次超聲震蕩10min的步驟，超聲功率為1500w。

在所述第二混合體系中加入體積分數為10％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S3、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物；對所述初產物進行干燥，干燥溫度為65℃，干燥時間為2h。

S4、將所述初產物置于850℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經測試，其膨脹倍率為690ml/g。

實施例3

本實施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、在鱗片石墨中加入第一混合溶液，20℃、120r/min攪拌反應1min，再280r/min攪拌反應34min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；所述鱗片石墨為20目。

所述鱗片石墨、所述氯酸鈉、所述高氯酸混合液的比例為4g：0.1g：1mL。

將所述第一混合體系進行第一次超聲震蕩10min的步驟，超聲功率為500w。

S2、在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，45℃、280r/min攪拌反應5min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為2g：1mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為8mL：4g。

將所述第二混合體系進行第二次超聲震蕩5min的步驟，超聲功率為2000w。

在所述第二混合體系中加入體積分數為40％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S3、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物；對所述初產物進行干燥，干燥溫度為40℃，干燥時間為4h。

S4、將所述初產物置于1100℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經測試，其膨脹倍率為750ml/g。

實施例4

本實施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、在鱗片石墨中加入第一混合溶液，30℃、100r/min攪拌反應3min，再300r/min攪拌反應17min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；所述鱗片石墨為30目。

所述鱗片石墨、所述氯酸鈉、所述高氯酸混合液的比例為3g：3g：4mL。

將所述第一混合體系進行第一次超聲震蕩7min的步驟，超聲功率為600w。

S2、在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為1g：4mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為4mL：3g。

將所述第二混合體系進行第二次超聲震蕩8min的步驟，超聲功率為1700w。

S3、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物；對所述初產物進行干燥，干燥溫度為50℃，干燥時間為3h。

S4、將所述初產物置于900℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經測試，其膨脹倍率為580ml/g。

實施例5

本實施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、在鱗片石墨中加入第一混合溶液，30℃、100r/min攪拌反應3min，再300r/min攪拌反應17min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；所述鱗片石墨為20目。

所述鱗片石墨、所述氯酸鈉、所述高氯酸混合液的比例為3g：3g：4mL。

S2、在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為1g：4mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為4mL：3g。

將所述第二混合體系進行第二次超聲震蕩8min的步驟，超聲功率為1700w。

在所述第二混合體系中加入體積分數為30％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S3、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物；對所述初產物進行干燥，干燥溫度為50℃，干燥時間為3h。

S4、將所述初產物置于900℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經測試，其膨脹倍率為530ml/g。

實施例6

本實施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、在鱗片石墨中加入第一混合溶液，30℃、100r/min攪拌反應3min，再300r/min攪拌反應17min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；所述鱗片石墨為30目。

所述鱗片石墨、所述氯酸鈉、所述高氯酸混合液的比例為3g：3g：4mL。

將所述第一混合體系進行第一次超聲震蕩7min的步驟，超聲功率為600w。

S2、在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為1g：4mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為4mL：3g。

在所述第二混合體系中加入體積分數為30％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S3、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物；對所述初產物進行干燥，干燥溫度為50℃，干燥時間為3h。

S4、將所述初產物置于900℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經測試，其膨脹倍率為620ml/g。

實施例7

本實施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、在鱗片石墨中加入第一混合溶液，30℃、100r/min攪拌反應3min，再300r/min攪拌反應17min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；所述鱗片石墨為30目。

所述鱗片石墨、所述氯酸鈉、所述高氯酸混合液的比例為3g：3g：4mL。

將所述第一混合體系進行第一次超聲震蕩7min的步驟，超聲功率為600w。

S2、在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為1g：4mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為4mL：3g。

將所述第二混合體系進行第二次超聲震蕩8min的步驟，超聲功率為1700w。

在所述第二混合體系中加入體積分數為30％的雙氧水，至所述第二混合體系無色。

S3、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物。

S4、將所述初產物置于900℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經測試，其膨脹倍率為610ml/g。

實施例8

本實施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、在鱗片石墨中加入第一混合溶液，30℃、100r/min攪拌反應3min，再300r/min攪拌反應17min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括氯酸鈉、高氯酸；所述鱗片石墨為30目。

所述鱗片石墨、所述氯酸鈉、所述高氯酸混合液的比例為3g：3g：4mL。

S2、在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為1g：4mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為4mL：3g。

S3、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物。

S4、將所述初產物置于900℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經測試，其膨脹倍率為500ml/g。

對比例

本實施例提供一種膨脹石墨的制備方法，包括如下步驟：

S1、在鱗片石墨中加入第一混合溶液，30℃、100r/min攪拌反應20min，得到第一混合體系；所述第一混合溶液包括高氯酸；所述鱗片石墨為50目。

所述鱗片石墨、所述高氯酸混合液的比例為1g：7mL。

S2、在所述第一混合體系中加入第二混合溶液，30℃、300r/min攪拌反應10min，得到第二混合體系；所述第二混合溶液包括高錳酸鉀、高氯酸；

所述第二混合溶液中所述高錳酸鉀、所述高氯酸的比例為1g：4mL；所述第二混合溶液與所述鱗片石墨的比例為4mL：3g。

S3、將所述第二混合體系過濾取固體，并洗滌至洗液為中性，得到初產物。

S4、將所述初產物置于900℃環境中灼燒至體積不再變化，得到所述膨脹石墨，經測試，其膨脹倍率為200ml/g。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。