[发明专利]一种高可膨胀性低硫石墨插层化合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨技术领域，涉及一种高可膨胀性低硫石墨插层化合物的制备方法。

背景技术

膨胀石墨是具有丰富的网络状孔系结构的蠕虫状疏松多孔粒子。其表面活性高、堆积密度小、导热导电性能可调、吸附性强、化学稳定性好、无毒、无污染，可制作柔性箔、隔热体、导电聚合物、电极、吸附剂等，得到广泛研究与应用。

膨胀石墨是由石墨插层化合物(GIC)高温膨胀得到的，作为膨胀石墨的先驱体，GIC的化学组成和性能对最终膨胀产物膨胀石墨有重要影响，而GIC的组成和性能又取决于其采用何种制备方法和工艺。制备GIC最常用的是直接化学氧化法，即将天然石墨与氧化剂和插层剂按一定用量比混合，在适当温度下搅拌反应一定时间，然后水洗至中性并干燥后得到GIC。目前，关于直接化学氧化法制备GIC的研究主要集中在GIC膨化效果的提升、硫含量的减小、膨胀温度的降低、能耗与成本的降低等方面。

由于直接化学氧化法往往不能充分发挥氧化剂对石墨插层反应的作用，不利于提升膨化效果、降低膨胀温度和能耗与成本。为了进一步改善GIC的插层效果，韩志东等在新型碳材料,2009,24(4)上报道采用分步插层法得到硝酸/硝酸盐/硫酸三元插层GIC；蒋树兴等在非矿金属,2013,36(6)上报道了以高锰酸钾为氧化剂，分别以36％乙酸+浓硫酸为一次插层剂、浓硝酸+浓硫酸为二次插层剂制备GIC的方法；张达威等在化学工程师,2013,137(2)上报道了将硫酸插层的GIC进一步用含磷化合物进行二次插层的方法。

上述报道中的分步插层法虽然可以提高GIC的插层效果，但其采用硫酸为插层剂，得到的是含硫的石墨插层化合物，其受热膨胀过程中会释放出不利于环保的含硫化合物，且所得膨胀石墨中也会残留一定量硫元素，不利于制备出低硫膨胀石墨。为了保证高可膨胀性和低硫含量，赵纪金等在光学精密工程,2014,22(5)上报道了以高锰酸钾为氧化剂，先后以硝酸+磷酸、硝酸+乙酸为插层剂进行二次插层制备GIC的方法，该方法可显著降低GIC的硫含量，但可膨胀体积最高达450ml/g，膨胀效果不甚理想。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种高可膨胀性低硫石墨插层化合物的制备方法，解决现有技术中石墨插层化合物膨胀效果不理想、含硫量高的技术问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高可膨胀性低硫石墨插层化合物的制备方法，包括以下步骤：

S1、将天然鳞片石墨加入烧瓶中，水浴加热，保持温度为20℃～30℃；

S2、将插层剂加入步骤S1的烧瓶中，浸泡天然鳞片石墨3～7min，再加入氧化剂，搅拌30～50min，得到反应产物，其中天然鳞片石墨的质量与插层剂的体积比为1：3～1：9，天然鳞片石墨与氧化剂的质量比为1：0.05～1：0.35；

S3、将步骤S2得到的反应产物水洗至中性，过滤，30～50℃真空干燥，得到酸化石墨；

S4、将步骤S3得到的酸化石墨置入烧瓶中，水浴加热，保持温度为20℃～30℃；

S5、将高氯酸和乙酸分别加入步骤S3的烧瓶中，搅拌均匀，浸泡酸化石墨3～7min，再加入氧化剂，搅拌反应30～50min，得到产物，其中酸化石墨的质量与高氯酸的体积比为1:1～1:4，酸化石墨的质量与乙酸的体积比为1:2～1:8，酸化石墨与氧化剂的质量比为1:0.05～1:0.2；

S6、将步骤S5得到的产物水洗至中性，过滤，30～50℃真空干燥，即可得到最终产物。

优选的，步骤S2和步骤S5所述氧化剂为高锰酸钾、重铬酸钾、浓硝酸、高氯酸中的一种。

优选的，步骤S2所述插层剂为浓硝酸或高氯酸。

优选的，所述高氯酸的浓度均为70％～72％。

优选的，所述乙酸浓度为99.5％。

优选的，步骤S2所述天然鳞片石墨的质量与插层剂的体积比为1：6～1：7。

优选的，步骤S2所述天然鳞片石墨与氧化剂的质量比为1：0.2～1：0.35。

优选的，步骤S5所述酸化石墨的质量与高氯酸的体积比为1：1～1：3。

优选的，步骤S5所述酸化石墨的质量与乙酸的体积比为1：4～1：5。

优选的，步骤S5所述酸化石墨与氧化剂的质量比为1：0.2。

本发明提供一种高可膨胀性低硫石墨插层化合物的制备方法，与现有技术相比优点在于：