氧化法制备可膨胀石墨.docx

氧化法制备可膨胀石墨摘要：采用氧化法以H2SO4和H3PO4做混合液选择具有强氧化性的K2Cr2O7作为氧化剂并对H2SO4和H3PO4混酸比例、K2Cr2O7的用量进行研究。结果表明：在H2SO4（mL）：H3PO4（mL）=1：1石墨（g）：重铬酸钾（g）=1：0.08制备出的可膨胀石墨在微波炉中膨胀得到的膨胀容积达250mL/g经过XRD分析插层氧化物的结构。关键词：氧化法微波膨胀膨胀容积可膨胀石墨在柔性石墨、吸油材料、阻燃剂、高能电池与电极、导电材料、军事等领域具有广阔的应用前景[1]。然而应用在工业上的膨胀石墨材料主要是利用大鳞片石墨作为原料而制得的随着大鳞片石墨资源的日益枯竭研究将细鳞片石墨制备成性能优异的膨胀石墨材料显得尤为重要[2]。细鳞片石墨的纯度一般很低所以需要对其提纯。目前一般的化学氧化法用浓硫酸、浓硝酸等强氧化性酸浸渍高纯度的天然鳞片石墨强氧化剂用量较大石墨容易被过氧化；反应进行很快很难保证产物组成与预期相符限制了产品应用而且严重污染环境且废液难以处理。本实验采用H2SO4和H3PO4的混合液来氧化石墨大大降低了酸的浓度有利于环境的保护。1实验部分1.1试剂与仪器天然鳞片石墨（120目碳含量为87%）；w（H2SO4）=98%分析纯；w（H3PO4）=85%分析纯；w（HF）=30%分析纯；w（K2Cr2O7）=99.5%分析纯。BS―224型电子天平；HH-2恒温水浴锅；R-1236马沸炉。1.2天然鳞片石墨提纯根据固定碳含量的不同可将鳞片石墨产品划分为低碳、中碳、高碳、高纯石墨四个档次。本试验采用的鳞片石墨原料的固定含碳量不是很高只有87%而高碳石墨产品的固定碳含量要求为94～99%因此属于中碳石墨。高碳石墨是通过对中碳石墨进行提纯得到的。高碳石墨的提纯工艺的本质就是采取有效的手段将这部分杂质去除。任何硅酸盐都可以被氢氟酸溶解这一性质使氢氟酸成为处理石墨中难溶矿物的特效试剂[3]。方法是在35℃水浴锅中用氢氟酸浸泡鳞片石墨2h水洗至中性、干燥纯化就得到高纯石墨。测提纯过的鳞片石墨的含碳量为99.4%。1.4测试与表征（1）膨胀容积的测定采用微波膨胀测可膨胀石墨的膨胀容积得出的膨胀容积具有很好的导电性。（2）采用X-衍射仪对可膨胀石墨氧化程度进行分析根据测试结果确定2θ利用布拉格方程2dsinθ=nλ计算片层间距。2结果与讨论2.1H2SO4和H3PO4的混合液对EV的影响称取10g提纯过的鳞片石墨做原料1gK2Cr2O7做氧化剂玻璃烧杯在35℃的水浴锅中反应1h水洗干燥。研究不同混酸比例对膨胀容积的影响结果见图1。由图1可知当磷酸与硫酸比为0.5时膨胀容积为195ml/g随着磷酸的加入膨胀容积再增加当磷酸的含量为50%时膨胀容积达到最大为250ml/g再增加磷酸的含量膨胀容积减小。由此可知硫酸的浓度过低或过高石墨的膨胀体积都会减少这是因为当磷酸的量很大时大大降低了酸的浓度使插层难以进；而硫酸的量过多时容易导致过氧化。2.2氧化剂重铬酸钾的添加量对膨胀容积的影响称取10g提纯过的鳞片石墨做原料在H2SO4（mL）：H3PO4（mL）=1：1下加入不同量的氧化剂K2Cr2O7研究不同氧化剂对膨胀容积的影响结果见图2。由图2可知加入一定量的重铬酸钾定会增加膨胀容积这是因为重铬酸钾是强氧化剂能够打开石墨的边缘层状结构。随着氧化剂增加膨胀容积也在不断的呈直线增加这是因为氧化剂量的增加打开石墨边缘的能力也增强使层与层之间的距离增大更加有助于大量的插层剂进入。当重铬酸钾的用量为1.0g时膨胀容积达到最大为250mL/g。但是再增加重铬酸钾的量膨胀容积不增反而下降这是因为过多的氧化剂使鳞片石墨过度氧化了使本来完好的鳞片石墨粉碎成了更小的鳞片导致插入里面的部分插层剂流失膨胀容积减小。2.3鳞片石墨与氧化石墨的XRD表征插层结果的定量表示可以石墨片层打开的情况来确定片层间距打开的越大说明氧化的效果越好可以采用XRD测试的方法确定2θ然后利用布拉格方程计算层片间距的大小。得知鳞片石墨的2θ=25.791经计算d=0.345nm电解氧化的2θ=24.753经计算d=0.36nm石墨的2θ左移片层间距变大且特征峰的强度明显下降说明石墨层间插入了较多的物质。3结论（1）通过研究混酸的比例以及氧化剂的用量得出制备可膨胀石墨的最佳工艺：在H2SO4（mL）：H3PO4（mL）=1：1石墨（g）：重铬酸钾（g）=1：0.1制备出的膨胀容积达250mL/