可膨胀石墨的制备方法、膨胀机理及应用

膨胀石墨由于其质量轻、高柔韧性、高比表面积、高孔隙率和较强的吸附能力,作为密封材料、吸附材料、保温材料、阻燃材料和包装材料等应用广泛。可膨胀石墨作为膨胀石墨的前驱体,低成本、绿色制备方法和研发成为目前石墨领域的重点研究课题之一。对可膨胀石墨的结构和性能、膨胀反应原理、制备方法及其主要应用领域进行了综述,详细地介绍了化学氧化法、电化学方法、超声氧化法、气相扩散法、熔盐法等制备可膨胀石墨方法,为其下游产品膨胀石墨的制备、应用和开发提供借鉴。

耐高温多元插层膨胀石墨材料及其应用研究

随着深井、超深井勘探开发力度的不断加大,深层高温、高压等苛刻条件对钻井液提出了更高的要求。针对常规井筒强化材料较难满足深层、特深层钻井过程中的高温、高压等难题,研究了一种在150℃条件下即可膨胀的石墨材料,探索其在高温钻井液中的封堵、降滤失等特性。膨胀石墨是一种具有耐高温(500℃)、高膨胀性能、自润滑性的柔性膨胀材料,现有膨胀石墨起始膨胀温度通常都高于300℃,无法在井底温度条件下发生膨胀。本文采用多元氧化插层法制备了低于300℃即可膨胀的石墨材料,将其起始膨胀温度由300℃降至150℃,研究了该膨胀石墨多元氧化插层膨胀机理,进一步考察了其在高温钻井液中的封堵、降滤失性能。

无硫高倍膨胀石墨的制备及影响因素探讨

以鳞片石墨、硝酸、乙酸酐、高锰酸钾为原料,采用化学法经氧化酸化插层、水洗、干燥、高温膨胀过程制备膨胀石墨,利用正交试验方法确定最佳工艺条件,并对相关影响因素及插层机理作了初步探讨。结果表明:按鳞片石墨∶硝酸∶乙酸酐∶高锰酸钾(质量比)=1∶0.7∶1.5∶0.4,反应时间90min,反应温度30℃～40℃的条件可以制备出膨胀体积达478mL/g的高倍无硫膨胀石墨。相关影响因素的大小依次为:高锰酸钾、硝酸、乙酸酐、反应时间,其中高锰酸钾的影响程度远大于其他三个因素。

可膨胀石墨的制备及谱学特性研究

采用化学氧化法,以石墨粉(≤30μm)为原料,硫酸与高锰酸钾为氧化剂,以及磷酸为辅助插层剂制备出具有高膨胀体积的可膨胀石墨(EG)。通过XRD、Raman、SEM、EDS、FT-IR以及TG-DTA等测试手段对材料的微观结构、形貌、谱学特性及热稳定性进行表征分析。实验结果表明,当硫酸与磷酸体积比为2∶1时,EG氧化-插层效果最好,在400℃时膨胀体积达102ml/g。同时EG片层中含有P、S、Mn等元素,表明可能插入了磷酸、硫酸以及Mn的磷酸二氢盐、硫酸盐等物质。TG-DTA显示,EG的起始膨胀温度在160℃左右,且石墨在氧化-插层后,有序结构没有被完全破坏,部分石墨仍具有很好的耐热氧性。另外,探讨了EG可能的形成及膨胀机理。

HClO_4-CrO_3-石墨层间化合物的制备及其性能

以天然鳞片石墨、CrO3、HClO4为原料,采用化学氧化法制备石墨层间化合物(GIC);研究了反应物用量、反应时间、反应温度对石墨层间化合物膨胀容积的影响。结果表明:按石墨∶三氧化铬∶高氯酸(质量比)=1∶0.3∶5,反应温度30℃,反应时间60min的条件,可制得膨胀容积为555mL.g-1的石墨层间化合物。采用FTIR、XRD、TG等技术对石墨层间化合物的组成、结构进行表征和分析得知:石墨层间的插入物为ClO4-、Cr2O72-。GIC性能特点测试结果说明:所制GIC具有低能耗性能、良好的真空安定性、较好的8毫米波动态衰减效果。

石墨层间化合物FeCl_3-CrO_3-GIC的制备及性能研究

以天然鳞片石墨、CrO3、CH3NO2、FeCl3为原料,按物质的量的比34∶1.5∶22∶1,利用化学氧化法制备出低温易膨胀、高膨胀容积的石墨层间化合物,300℃时膨胀容积为420mL·g-1,800℃时达到最大膨胀容积630mL·g-1,明显优于传统硫酸、硝酸插层的石墨层间化合物。采用SEM、EDS、FTIR、XRD、TG、VSM等技术对石墨层间化合物的组成、结构、性能进行了表征和分析。

可膨胀石墨的化学氧化法制备及其表征

采用Ｈ２Ｏ２化学氧化法制备可膨胀石墨，并成功地应用于百公斤级石墨原料量的批量生产．工艺简单方便，必要时，可通过后处理增强体系夹层反应能力，提高产物可膨胀体积容量．还讨论了产物的Ｘ－射线衍射和热分析表征、夹层反应中氧化剂的作用和选择．

三元混合氧化剂制备可膨胀石墨

以天然鳞片石墨为原料,HNO3/KMnO4/HClO4为混合氧化剂,冰乙酸CH3COOH(HAc)为插层剂制备可膨胀石墨。确定其最佳反应物用量为:硝酸(mL)∶高锰酸钾(g)∶高氯酸(mL)∶冰乙酸(mL)为3∶1.7∶8∶2.5,在此条件下最大膨胀容积为510 mL/g。

天然鳞片石墨制备可膨胀石墨的工艺研究

以攀枝花天然鳞片石墨为原料,高锰酸钾和双氧水为氧化剂,硝酸、硫酸和高氯酸作为插层剂,制备膨胀石墨。实验发现较佳的膨化温度为950℃,并以此温度制备膨胀石墨。结果显示,以双氧水和硫酸制备的膨胀石墨其膨胀容积为130.97-221.80 m L/g;以高锰酸钾和硝酸制备的可膨胀石墨其膨胀容积为150.65-247.19 m L/g;以高锰酸钾和高氯酸制备的膨胀石墨,在干燥温度和时间分别为50℃和4-5 h时膨胀容积可达300 m L/g以上。实验还采用XRD和SEM对制备的膨胀石墨结构和形貌进行分析,测试结果发现膨胀石墨的结构完整,可用于进一步制备复合相变材料。

复合插层剂制备可膨胀石墨研究

无机化合物与有机化合物联合作复合插层剂使用,与天然鳞片石墨、浓硝酸(浓HNO3)、高锰酸钾(KMnO4)等原料经氧化酸化插层、水洗、干燥过程制备无硫可膨胀石墨,利用正交试验方法确定了最佳工艺条件:天然石墨、KMnO4、浓HNO3、P2O5、冰HAc的质量比为1∶0.08∶3.4∶0.4∶0.6,产品膨胀容积可达300 ml/g,挥发分和灰分分别比单一插层剂制得的产品低。

可膨胀石墨制备研究

本文根据制造可膨胀石墨的有关理论，分别对插入剂、氧化剂的优化选择及最佳工艺条件进行了探讨试验，均达到了预期目的。其中以硫酸、醋酸和钼酸铵为插入剂，以高锰酸钾为氧化剂的制备方法，不但具有较高的膨胀率，而且具有较高的工业应用价值。另外，使用磷酸溶液浸泡可膨胀石墨，也取得了提高膨胀率、降低高温氧化等较为理想的结果。

氧化程度对微细鳞片可膨胀石墨结构及膨胀性的影响

以平均粒径为19.71μm的天然微细鳞片石墨为原料,通过化学氧化法制备了具有不同氧化程度的可膨胀石墨,采用XRD、FTIR、Raman、SEM等对可膨胀石墨的结构与膨胀性进行了表征。结果表明:当氧化程度较低时制得的微细鳞片可膨胀石墨由石墨、石墨层间化合物和氧化石墨三相组成;随着氧化程度的增加,氧化石墨相含量与可膨胀石墨结构无序程度逐渐增高,石墨层间化合物相含量先增加后减少,石墨相含量则逐渐降低;氧化促使HSO4-或SO42-插入石墨层间,插入层间的HSO4-或SO42-量是决定可膨胀石墨膨胀容积的关键因素,制备的微细鳞片膨胀石墨的膨胀容积可达65.9mL·g-1。

膨胀石墨制备方法的研究进展

综述了膨胀石墨制备方法的研究现状,重点阐述了两种常用制备方法:(1)以天然鳞片石墨为原料,先经氧化制得可膨胀石墨,再经膨化处理得膨胀石墨;(2)将氧化和膨胀同时进行的爆炸法。分析了不同制备方法的优劣。并对膨胀石墨的制备工艺进行了展望。参考文献48篇。

膨胀石墨化学氧化法制备技术研究进展

膨胀石墨是石墨的重要深加工产品之一。目前膨胀石墨工业生产用的最多和最成熟的方法是化学氧化法,具有很多优点。由于这种工艺生产过程存在环境污染,产品在应用中对设备有腐蚀,高温抗氧化性及强度不高等原因,限制了其进一步发展。介绍了近年来围绕化学氧化法制备工艺及产品性能改进问题国内外研究的主要进展。讨论了利用低品位和细鳞片石墨原料,降低或消除生产过程中的NOX、重金属离子的污染,降低产品的含硫量和腐蚀性,提高产品的膨胀倍数、抗氧化性和强度,改进产品的膨化工艺等方面的技术措施及应用效果。指出了化学氧化法进一步发展的方向和应用前景。

含磷石墨层间化合物的制备及其膨化性能研究

以天然鳞片石墨、HCl O4、H3PO4、Cr O3为原料,按质量比1∶1∶2∶0.3,利用化学氧化法制备出低温易膨胀、高膨胀容积的石墨层间化合物,300℃时膨胀容积为350 m L·g-1,800℃时达到最大膨胀容积610 m L·g-1,明显优于传统硫酸插层的石墨层间化合物。采用SEM、EDS、XPS、FT-IR、XRD、TG等技术对石墨层间化合物的组成、结构、性能进行表征和分析,结果表明:石墨层间的插入物为PO3-4、Cl O-4、Cr2O2-7;并对化学氧化法插层机理进行了探讨。

微波法制备膨胀石墨及其膨胀特性

以鱼鳞片石墨为原料,浓硫酸作为插层剂,高锰酸钾作为氧化剂,采用化学氧化法制备石墨插层物,再利用微波辐射石墨插层物快速制备膨胀石墨。膨胀后的石墨颗粒呈"蠕虫"状,蓬松粗大。随着鳞片石墨尺寸的减小,膨胀石墨颗粒变得更加纤细,达到最大膨胀体积时高锰酸钾的用量也随之减少。最佳微波时间为30~60 s,此时间段内石墨膨胀完全并且无烧蚀。对于3种不同尺寸的鳞片石墨,颗粒度大于0.42 mm的鳞片石墨在混合质量比m(石墨):m(H2SO4):m(KMn O4)=5:10:4时,达到最大膨胀体积为285 ml·g-1。

二次插层制备可膨胀石墨的实验研究

探索了二次插层制备可膨胀石墨的工艺,其最佳反应条件为:36%乙酸与浓硫酸体积比9∶1,第1次插层反应加入氧化剂氯酸钾为鳞片石墨质量的12%,在20℃水浴中反应1 h;第2次插层反应加入氧化剂氯酸钾为鳞片石墨质量的12%,浓硝酸与浓硫酸体积比1∶3,在20℃水浴中反应1 h。制备的可膨胀石墨在430℃时膨胀,得到膨胀倍数为450 mL/g的膨胀石墨。通过XRD和SEM对可膨胀石墨的结构和形貌进行分析,结果表明,二次插层插层剂已进入石墨层间,膨胀石墨的表面形貌为疏松多孔结构。

用细鳞片石墨制备无硫可膨胀石墨

以天然鳞片石墨为原料,硝酸、磷酸为插层剂,高锰酸钾为氧化剂,采用化学法经氧化酸化插层制备无硫可膨胀石墨,利用正交试验方法确定较佳工艺条件,并对产品进行XRD、SEM测试。结果表明:在反应温度75℃,反应时间30min,石墨(g):KMnO_4(g):HNO_3(mL):H_3PO_4(mL)=10:1.0:22:32条件下,可以制备出膨胀体积达150mL/g的无硫膨胀石墨。相关影响因素的大小依次为:高锰酸钾、反应温度、反应时间、硝酸用量、磷酸用量。XRD测试表明膨胀石墨晶体未受破坏,SEM可见蠕虫状膨胀石墨结构。

制备无硫低氮膨胀石墨的新工艺研究

本文报道了一种用硝酸与丙酸的混合液为插层试剂制备无硫低氮可膨胀石墨的新方法。它的组成和结构分别用元素分析和质谱进行确定。Ｘ射线衍射分析表明本方法合成的石墨层间化合物具有混合阶结构。产品的膨胀容积为 ３２０ｍＬ／ｇ，氮含量为１．６３％，不含硫。

HClO_4/H_2SO_4混酸体系制备低硫可膨胀石墨的研究

探索了 HCIO_4/H_2SO_4/KMnO_4/CH_3COOH 氧化插层体系制备低硫可膨胀石墨的新方法。研究发现,采用氧化插层体系可制得膨胀性能优良的低硫可膨胀石墨,最佳反应条件为:m(石墨)/m(混酸)/m(冰乙酸)/m(高锰酸钾)=1∶(1～1.5)∶0.75∶0.1,混酸中 m(浓硫酸)/m(高氯酸)=(1～1.5)∶1,氧化温度为25℃,氧化时间为30 min。在此条件下制备的低硫可膨胀石墨在900℃的膨胀容积可达352 mL/g。