[发明专利]一种制备低硫含量的可膨胀石墨的方法

说明书

本发明涉及一种低硫含量的可膨胀石墨的制备方法。本发明采用特定的环境友好型温和氧化剂替代现用的高污染强氧化剂及采用特定的酸性含磷化合物进行二次氧化插层，不仅实现对天然鳞片石墨的氧化插层和提高了可膨胀石墨的膨胀率，而且较少对天然鳞片石墨片的层结构的破坏及大幅度降低了可膨胀石墨的含硫量。本发明所提供的制备低硫含量的可膨胀石墨的方法是一种对环境友好(“绿色”)的可膨胀石墨的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种可膨胀石墨的制备方法，特别涉及一种低硫含量的可膨胀石墨的制备方法。

背景技术

可膨胀石墨是一种功能性碳素材料，由天然鳞片石墨经“插层剂”插层后获得。由于可膨胀石墨在高温下可迅速膨胀形成疏松多孔的蠕虫状物质，因此，其在聚合物阻燃、密封材料、吸附剂和催化剂载体等领域备受关注。

在现有制备可膨胀石墨技术中，通常以浓硫酸作为“插层剂”。如此，会导致可膨胀石墨中硫含量较高(高硫含量可膨胀石墨在高温膨化时会释放大量SO_x等有害气体，危害环境和人体健康)。因此，如何制备对环境友好(低硫含量)的可膨胀石墨成为本领域研究热点。

专利文献CN 104591157A，CN 104401978A，CN 105502360A，CN 102491310A和CN101786618A等报道了采用不含硫的化合物(如高氯酸或硝酸等)作为“插层剂”，制备可膨胀石墨。虽然硫的危害得以消除，但新的污染源(如由硝酸分解导致的NO_x有害气体)或腐蚀性危害(如高氯酸、高锰酸钾或重铬酸钾等高污染强氧化剂的使用)随之而至。

鉴于此，研发一种低硫含量、高膨胀率且对环境友好的可膨胀石墨制备方法尤为重要。

发明内容

本发明的发明人经研究发现：①采用特定的环境友好型温和氧化剂替代高污染强氧化剂，不仅能够实现对天然鳞片石墨的氧化插层，而且对天然鳞片石墨片的层结构的破坏较少，有利于提高可膨胀石墨的使用性能，且减少制备过程中对环境的污染。②采用特定的酸性含磷化合物进行二次氧化插层，不仅提高了可膨胀石墨的膨胀率，而且大幅度降低了可膨胀石墨的含硫量。

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种制备低硫含量、高膨胀率且对环境友好的可膨胀石墨的方法。

所述的方法，其包括如下步骤：

(1)在10℃～50℃条件下，将水溶性过氧化物的水溶液和天然鳞片石墨置于带有搅拌及控温装置的反应器中，搅拌混合，并在此状态保持30分钟～120分钟，将浓硫酸加入该反应器中，再在10℃～50℃条件下搅拌40分钟～200分钟，过滤，滤饼经水洗及干燥后即为“一次插层”可膨胀石墨(或称“初级可膨胀石墨”)；

(2)在10℃～50℃条件下，将水溶性过氧化物的水溶液和由步骤(1)制得的初级可膨胀石墨置于带有搅拌及控温装置的另一个反应器中，搅拌混合，在此状态保持30分钟～120分钟，将酸性含磷化合物加入该反应器中，再在10℃～50℃条件下浸渍30分钟～150分钟，过滤，滤饼经水洗及干燥后，得到目标物，所得目标物的硫含量低于2wt％，膨胀体积等于或高于240ml/g；

其中，在步骤(1)和步骤(2)中所述的水溶性过氧化物为过氧甲酸、过氧乙酸或/和过氧化氢，所述的浓硫酸的浓度为90wt％～98wt％，所述酸性含磷化合物为磷酸或磷酸与磷酸氢铵的混合物。

具体实施方式

在本发明一个优选的技术方案中，在步骤(1)中，水溶性过氧化物的用量为天然鳞片石墨质量的10wt％～40wt％；浓硫酸的用量为天然鳞片石墨质量的4-10倍。

在本发明另一个优选的技术方案中，在步骤(2)中，水溶性过氧化物的用量为初级可膨胀石墨质量的10wt％～40wt％；所述酸性含磷化合物的用量为天然鳞片石墨质量2-7倍。