CN110980723B - 一种石墨膨化处理工艺 - Google Patents

一种石墨膨化处理工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN110980723B
CN110980723B CN201911376950.3A CN201911376950A CN110980723B CN 110980723 B CN110980723 B CN 110980723B CN 201911376950 A CN201911376950 A CN 201911376950A CN 110980723 B CN110980723 B CN 110980723B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite
puffing
chamber
steam
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911376950.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110980723A (zh
Inventor
韩保国
阎晓冬
崔武孝
杨茂永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Luoyang Sunland Chem Sci&tech Co ltd
Original Assignee
Luoyang Sunland Chem Sci&tech Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Luoyang Sunland Chem Sci&tech Co ltd filed Critical Luoyang Sunland Chem Sci&tech Co ltd
Priority to CN201911376950.3A priority Critical patent/CN110980723B/zh
Publication of CN110980723A publication Critical patent/CN110980723A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110980723B publication Critical patent/CN110980723B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite
    • C01B32/21—After-treatment
    • C01B32/22—Intercalation
    • C01B32/225—Expansion; Exfoliation

Abstract

本发明涉及一种石墨膨化处理工艺，具体是在一定的真空环境中用烷烃类有机物作为膨化剂在一定的温度和压力下浸渍石墨，然后用水蒸气与烷烃浸渍过的石墨接触使石墨膨化，再用惰性气体吹扫置换残余膨化剂，得到干燥石墨。相比于以前的工艺，该方法膨化温度低，操作简单，膨化剂可以循环使用，生产成本低，并可规模化生产。

Description

一种石墨膨化处理工艺
技术领域
本发明属于新材料技术领域，特别涉及一种石墨膨化处理工艺。
背景技术
膨胀石墨为天然鳞片石墨通过氧化插层反应，其石墨片层间***化合物，在高温下层间化合物受热迅速汽化，生成的气体对石墨片层产生巨大的张力，将石墨膨化成蠕虫状膨胀石墨。
膨胀石墨具有天然石墨的高导电导热、耐高低温、耐腐蚀等优良性能，还具有天然石墨不具备的能压缩、可回弹、比表面积大、吸附性好等特性，因而被人们大量用作密封材料、环保吸附材料、防火阻燃材料、生物医学材料等。
石墨膨化常用的工艺有化学氧化法、电化学法、超声辐射法、***法和气相扩散等。化学氧化法是在一定温度下，鳞片石墨被氧化剂氧化，层间结构被破坏，插层剂得以***鳞片石墨层间，后经水洗、干燥等辅助工序，制得膨胀石墨。该方法反应速度较快，投入设备成本低，所制得的膨胀石墨膨胀效果良好，在工业上广泛应用。但反应中大量应用酸和强氧化剂，某些化学因素难以控制，可能造成过氧化，使产量降低，且反应速度不易调控，难以精确控制膨胀石墨制品的结构及性能。电化学法是利用直流或脉冲电流作用，以浓硫酸作电解液，鳞片石墨置于电解池中与辅助阳极形成阳极室，一段时间氧化反应后经水洗、干燥，得到膨胀石墨，膨化方式与化学氧化法相同。电化学法的优点是电极参数及反应时间均可调控，从而控制反应程度及膨胀石墨产品性能，自动化程度较高；电解液可回收利用；氧化剂用量较化学法大为减少。但存在电量消耗大、易过氧化、产物稳定性不如化学氧化法等缺点。超声辐射法是在石墨氧化过程中，利用超声辐射作用对反应物进行振荡，解离石墨片层，使插层剂更易进入石墨层间。采用超声辐射法制得的可膨胀石墨膨化温度范围大，可在低温下膨化，且结构稳定。但工艺条件、产量和规模均受到限制。
CN201210009109.2介绍了一种微波膨化制备氧化石墨烯的工艺方法，采用微波膨化。CN201420636320.1也提供一种行波辐照制备石墨烯材料的微波设备，在微波传输路径上设置物料的方式进行石墨的膨化处理。CN201821624182.X公开了一种膨化石墨用高温炉装置，其技术方案要点是包括出料筒，出料筒的一端固设有与高温炉的出料口连接的进料管，高温炉的顶部固设有抽料管，抽料管上设置有风机；所述出料筒内固设有竖向的螺旋分料板，该实用新型解决了石墨经高温炉加热膨化后直接被抽走，膨化后的石墨中混有烧结的石墨的问题，通过在高温炉的出料口处设置有出料装置，达到将膨化后石墨中混有的烧结的石墨与膨化后的石墨分离的效果。CN201621489711.0介绍了一种电、汽混合加热的石墨高温膨化炉。
石墨膨化处理方法的专利中，低温膨化普遍采用微波膨化，插层氧化膨化法普遍采用高温马弗炉，在800～1000℃下氧化，高温下通过表面热传导的方式使石墨层间的化合物迅速分解或汽化，产生大量气体，使石墨沿C轴方向发生剥离形成膨胀石墨，膨化方式时间长，电能消耗大。
发明内容
针对以上石墨膨化处理过程中存在的技术问题，本发明介绍了一种新型的石墨膨化方法，通过小分子有机溶剂在压力下浸渍，进入石墨内部，再用热蒸汽在一定温度和蒸汽压下氧化置换，达到膨化效果。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的，具体包括以下步骤：
(1)将石墨放入膨化室内，封闭盖板；
(2)抽出膨化室内的空气，使膨化室内成为压力在-0.08MPa以下的真空状态；
(3)选用烷烃类有机物作为膨化剂，向膨化室内喷入烷烃蒸汽，烷烃蒸汽温度控制在70-120℃，膨化室内压力控制在0.1-1MPa，使烷烃蒸汽浸渍石墨保持30min以上；
(4)等烷烃蒸汽充分浸渍石墨后，保持膨化室内温度恒定，排放出多余的烷烃蒸汽，并收集转变为液体储存备用，压力变化在恒温条件下实现；
(5)排出烷烃蒸汽后，再往膨化室内喷入水蒸气，使烷烃浸渍过的石墨膨胀，膨化室内的水蒸气压力控制在0.1-0.6MPa，当膨化室温度升至120℃，即认为膨胀阶段完成,停止进水蒸气；
(6)排出膨化室内的冷凝物和膨化剂，并分离回收；
(7)再将膨化室抽真空至压力在-0.08MPa以下，用惰性气体吹扫置换出膨化室内残余膨化剂和水蒸气，并使膨化后的石墨干燥；
(8)待膨化室自然冷却至常温(25℃)，打开膨化室，泄压至常压(0MPa)，取出石墨检测膨化效果。
本发明中石墨品种优选鳞片石墨，也可以是天然石墨、沥青、微晶石墨等。
本发明的目的还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的石墨膨化处理工艺，其中石墨膨化前可以先进行颗粒碾磨，要求石墨粒径在30-1500目之间，优选500-800目，再进行膨化处理。
前述的石墨膨化处理工艺，其中要将膨化室减压到-0.08MPa以下，抽出膨化室内的空气，以免空气存在时，影响烷烃蒸汽对石墨的浸渍。如果可能的话，最好是减压到完全真空。
前述的石墨膨化处理工艺，其中所用的烷烃为正戊烷、异戊烷等。
前述的石墨膨化处理工艺，其中烷烃蒸汽通入膨化室时必须完全气化，注意避免液态烷烃进入。因为烷烃是一种高挥发性和易燃性的溶剂，处理和回收的工艺设计必须严格。进入膨化室的烷烃蒸汽的温度控制在70-120℃范围内。高于120℃的烷烃蒸汽会削弱随后进行的水蒸气膨胀处理效果。反之，如果温度低于70℃的烷烃蒸汽，会有液态烷烃进入膨化室。低温下进入膨化室的烷烃蒸汽可能被容器冷却液化，液态烷烃的存在下，蒸发时会带走***能量，并且液态的烷烃，需要量也会增加，增加回收工序。
前述的石墨膨化处理工艺，其中膨化室通入烷烃蒸汽后的压力范围是0.1-1MPa，最好是在0.4-0.6MPa。当膨化室内烷烃蒸汽压力值达到0.4MPa后，烷烃蒸汽的温度会继续升高，膨化室内的压力会继续升高至约0.5MPa。在至少0.4MPa压力以上，石墨与烷烃蒸汽一直保持接触至少30min，石墨会被烷烃浸渍，该阶段石墨内部的烷烃在压力下被挤压成为液相。
前述的石墨膨化处理工艺，其中浸渍结束后，尽快对膨化室泄压至常压(0MPa)，多余烷烃蒸汽从膨化室逸出,进入回收容器储存备用。泄压过程中保持膨化室温度恒定，避免烷烃降温液化现象发生，在15-20min内完成。
前述的石墨膨化处理工艺，其中泄压后，膨化室马上通入水蒸气，使膨化室温度快速升高至100℃以上，浸渍在石墨内部的液态烷烃气化,体积快速增大并逸出，促使石墨膨胀。电子显微镜检查显示处理的结果是石墨层间距增加，石墨体积增加。膨化室通入水蒸气后压力控制在0.1-0.6MPa，最好是在0.2-0.3MPa。通入水蒸气增压时必须小心操作，避免造成膨化室内的石墨湍流，对石墨的膨化不利。当膨化室温度升至120℃，即认为膨化阶段完成,此时停止进水蒸气。从水蒸气通入至达到120℃温度的时间最好不要超过2min，最多不能超过4min。前述的石墨膨化处理工艺，其中蒸汽膨化阶段完成后，要将膨化室抽成真空，吹扫惰性气体置换干燥，抽空干燥时间约0.5h。待膨化室自然冷却至常温，打开膨化室，泄压至常压，取出膨胀石墨检测效果。
借由上述技术方案，本发明提供了一种全新的石墨膨化处理工艺，在一定的真空环境中用烷烃浸渍石墨，然后用水蒸气与烷烃浸渍过的石墨接触使石墨膨胀。相比于以前的工艺，该方法膨化温度低，操作简单，膨化剂可以循环使用，生产成本低，并可规模化生产。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的目的和技术方案，以下实施例将结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明的石墨膨化实验装置示意图。
【附图标记】
1-蒸汽发生器 2-膨化剂蒸发器 3-膨化室
4-膨化剂回收罐 5-冷凝器 6-冷却水泵
7冷却水槽 8-混合液回收罐 9-真空泵
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明一种石墨膨化处理工艺，包括在一定的真空环境中用烷烃浸渍石墨，然后用水蒸气与烷烃浸渍过的石墨接触使石墨膨化，得到膨胀石墨，具体操作步骤如下：
(1)参考图1安装、调试试验装置；
(2)选取粒径为600目的鳞片石墨,称重后并放入膨化室内，封闭盖板，连接管道；
(3)用真空泵抽出膨化室内的空气，使膨化室成为真空，压力在-0.08MPa以下；
(4)选用异戊烷作为膨化剂，通过膨化剂蒸发器向膨化室内喷入90℃的异戊烷蒸汽，并保持膨化室内压力不低于0.4MPa，持续时间在30min以上；
(5)等异戊烷蒸汽充分浸渍石墨后，保持膨化室内温度恒定，把多余的异戊烷蒸汽从膨化室中排出，通过冷凝器将其再转变为液态异戊烷储存备用；
(6)排出所有的游离异戊烷蒸汽后，再往膨化室内喷入水蒸气，使膨化室压力增至0.14MPa，当膨化室温度达到120℃时，停止喷入水蒸气；
(7)排出膨化室内的冷凝物和膨化剂，并分离回收；
(8)最后再将膨化室抽真空至压力在-0.08MPa以下，用惰性气体吹扫置换出膨化室内残余膨化剂和水蒸气，并使膨化后的石墨干燥；
(9)取出膨化后的石墨，检测体积变化。待膨化室自然冷却至常温，打开膨化室，泄压至常压，取出膨化后的石墨，检测体积变化。
本实验中所述的常温为25℃，常压为0MPa。
按照上述操作步骤进行的3个实施例实验数据见下表：
表1：石墨膨化实施例
石墨 实施例1 实施例2 实施例3
处理前体积(ml) 50.4 47.4 46.7
处理后体积(ml) 332.3 323.5 317.3
浸渍结束后处理室压力(MPa) 0.49 0.48 0.49
膨化结束处理室排出的水蒸气温度(℃) 105 104 104
通过以上三个实施例的实验数据可以看出，本发明所述的石墨膨化处理工艺可以使石墨体积膨胀至原来的6-7倍，石墨膨胀效果明显，而且膨化剂还可以循环使用，降低生产成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种石墨膨化处理工艺，其特征在于该工艺是通过小分子有机溶剂在压力下浸渍石墨，进入石墨内部，再用热蒸汽在一定温度和蒸汽压下氧化置换，达到膨化效果，具体包括以下步骤：
（1）将石墨放入膨化室内，封闭盖板；
（2）抽出膨化室内的空气，使膨化室内成为压力在-0.08MPa以下的真空状态；
（3）选用异戊烷有机物作为膨化剂，向膨化室内喷入烷烃蒸汽，烷烃蒸汽温度控制在70-120℃，膨化室内压力控制在0.1-1MPa，使烷烃蒸汽浸渍石墨保持30min以上；
（4）等异戊烷蒸汽充分浸渍石墨后，保持膨化室内温度恒定，排放出多余的烷烃蒸汽，并收集转变为液体储存备用，压力变化在恒温条件下实现；
（5）排出异戊烷蒸汽后，再往膨化室内喷入水蒸气，使异戊烷浸渍过的石墨膨胀，膨化室内的水蒸气压力控制在0.1-0.6MPa，当膨化室温度升至120℃，即认为膨化阶段完成，停止进水蒸气，将膨化室通入水蒸气后达到120℃的时间控制在4min以内；
（6）排出膨化室内的冷凝物和膨化剂，并分离回收；
（7）再将膨化室抽真空至压力在-0.08MPa以下，用惰性气体吹扫置换出膨化室内残余膨化剂和水蒸气，并使膨化后的石墨干燥；
（8）待膨化室自然冷却至常温，打开膨化室，泄压至常压，取出石墨检测膨胀效果。
2.根据权利要求1所述的一种石墨膨化处理工艺，其特征在于所选的石墨为鳞片石墨或微晶石墨。
3.根据权利要求1所述的一种石墨膨化处理工艺，其特征在于所选的石墨粒径在30-1500目之间。
4.根据权利要求1所述的一种石墨膨化处理工艺，其特征在于膨化室通入烷烃蒸汽后压力保持在0.4-0.6MPa。
5.根据权利要求1所述的一种石墨膨化处理工艺，其特征在于通入水蒸气后膨化室内的压力控制在0.2-0.3MPa。
6.根据权利要求1所述的一种石墨膨化处理工艺，其特征在于膨化室通入水蒸气后达到120℃的时间不能超过2min。
7.根据权利要求1所述的一种石墨膨化处理工艺，其特征在于对膨化室进行置换干燥处理时所用的惰性气体为氮气或氦气。
CN201911376950.3A 2019-12-27 2019-12-27 一种石墨膨化处理工艺 Active CN110980723B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911376950.3A CN110980723B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种石墨膨化处理工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911376950.3A CN110980723B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种石墨膨化处理工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110980723A CN110980723A (zh) 2020-04-10
CN110980723B true CN110980723B (zh) 2022-10-21

Family

ID=70078064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911376950.3A Active CN110980723B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种石墨膨化处理工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110980723B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112547463A (zh) * 2020-11-14 2021-03-26 广东中晨电子科技有限公司 一种高性能石墨烯复合铝片及其制备方法和应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1587339A (zh) * 2004-07-15 2005-03-02 同济大学 多孔石墨基相变储能复合材料及其制备方法
CN101428792A (zh) * 2007-11-08 2009-05-13 Sgl碳股份公司 膨胀石墨及其制备方法
CN102583358A (zh) * 2012-04-05 2012-07-18 天津工业大学 基于高能辐照一步制备功能化石墨烯的方法
CN102583328A (zh) * 2012-01-12 2012-07-18 常州第六元素材料科技股份有限公司 一种微波膨化制备氧化石墨烯的工艺方法
DE102012220984A1 (de) * 2012-11-29 2014-05-22 Xerox Corporation Graphen-Nanoblätter und Verfahren zu deren Herstellung
CN104817074A (zh) * 2015-04-20 2015-08-05 德阳烯碳科技有限公司 一种石墨插层化合物的制备工艺
CN105121340A (zh) * 2013-04-05 2015-12-02 积水化学工业株式会社 薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法、以及薄片化石墨、薄片化石墨分散液及薄片化石墨-树脂复合材料
CN105293482A (zh) * 2015-12-01 2016-02-03 张扬威 一种石墨烯的溶剂热剥离制备方法
JP2016203097A (ja) * 2015-04-23 2016-12-08 国立大学法人信州大学 油吸着材の製造方法
CN106219520A (zh) * 2016-06-20 2016-12-14 青岛科技大学 一种石墨烯制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1587339A (zh) * 2004-07-15 2005-03-02 同济大学 多孔石墨基相变储能复合材料及其制备方法
CN101428792A (zh) * 2007-11-08 2009-05-13 Sgl碳股份公司 膨胀石墨及其制备方法
CN102583328A (zh) * 2012-01-12 2012-07-18 常州第六元素材料科技股份有限公司 一种微波膨化制备氧化石墨烯的工艺方法
CN102583358A (zh) * 2012-04-05 2012-07-18 天津工业大学 基于高能辐照一步制备功能化石墨烯的方法
DE102012220984A1 (de) * 2012-11-29 2014-05-22 Xerox Corporation Graphen-Nanoblätter und Verfahren zu deren Herstellung
CN105121340A (zh) * 2013-04-05 2015-12-02 积水化学工业株式会社 薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法、以及薄片化石墨、薄片化石墨分散液及薄片化石墨-树脂复合材料
CN104817074A (zh) * 2015-04-20 2015-08-05 德阳烯碳科技有限公司 一种石墨插层化合物的制备工艺
JP2016203097A (ja) * 2015-04-23 2016-12-08 国立大学法人信州大学 油吸着材の製造方法
CN105293482A (zh) * 2015-12-01 2016-02-03 张扬威 一种石墨烯的溶剂热剥离制备方法
CN106219520A (zh) * 2016-06-20 2016-12-14 青岛科技大学 一种石墨烯制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张俊红.环境友好型材料――膨胀石墨的制备方法及应用现状.《中国非金属矿工业导刊》.2010,(第01期),第15-16页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110980723A (zh) 2020-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6584499B2 (ja) 再循環する洗浄媒体を用いる電解法及び電解装置
CN109264914B (zh) 一种超临界水氧化能量综合利用***及能量回收方法
CN110980723B (zh) 一种石墨膨化处理工艺
CN104630825A (zh) 一种酸性蚀刻液电解提铜装置及其工艺
CN111533223A (zh) 一种FeS2阴极非均相电芬顿水处理方法
CN112993362A (zh) 一种氢氧燃料电池能源再生循环装置
CN106894047A (zh) 一种化学镀镍老化液中镍的高效环保回收方法
US20040226830A1 (en) Method for producing and transporting hydrogen
CN112408527A (zh) 一种单原子流体升温降温协同处理废水方法
CN116676604A (zh) 一种氮杂环有机氢载体的电化学加脱氢方法
CN114671426A (zh) 硬碳负极材料的制备方法及其应用
CN109455716A (zh) 一种具有超低表面含氧官能团的超级电容活性炭的制备方法
CN113617117A (zh) 一种有机溶剂综合回收液相膜脱水设备及其工艺
CN112739971A (zh) 一种超声波协助干燥锂电池电解质的装置及干燥方法
CN106629721A (zh) 一种安全生产含氮超级活性炭的方法
CN108786771A (zh) 一种以过氧化氢为二次激发对象的等离子体活性炭再生方法
CN113969409B (zh) 氢气和氧气制备***
CN214226971U (zh) 一种氢氧燃料电池能源再生循环装置
CN106637090B (zh) 一种在多孔材料中负载易升华物质的方法
CN115849301A (zh) 一种基于甲酸储氢的制氢装置与制氢方法
CN113151853B (zh) 一种so2去极化电解池及其运行方法
CN212166958U (zh) 二氯甲烷废气回收的预处理装置
CN113264502A (zh) 一种千瓦级燃料电池硼氢化钠水解制氢装置
CN109200735B (zh) 一种双氧水氧化尾气的处理方法
Kristianto et al. Synthesis of activated carbon from Salacca peel using hydrothermal carbonization and microwave assisted chemical activation as promising supercapacitor's electrode

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant