膨胀石墨_2012

结构及特性
膨胀石墨是非极性吸附材料，层面由 石墨微晶组成，膨胀发生在层面之间， 膨胀过程，活化过程均不发生化学变 化，膨胀石墨保持了原有的非极性。 膨胀后生成石墨蠕虫，蠕虫的外壁上 也有若干孔，这些孔相互连通形成网 络孔隙结构。 1000℃的时候膨胀最大，体积可达原 初的数百倍。可简单加热再生。
一级孔
膨胀石墨
在十九世纪六十年代初， Brodie将石墨和硝酸、 硫酸等化学试剂作用后 加热，发现了膨胀石墨， 直到近百年以后，才开 始应用。
膨胀石墨是由天然鳞片石墨经插 层，水浇，干燥，高温膨化得到 的一种疏松多孔的颗粒状新型炭 材料。既保留了天然炭材料的耐 腐蚀性，耐热性，耐辐射性，无 毒性等性质，又具有天然石墨所 没有的吸附性，环境协调性，生 物相容性。
吸附机理
1膨胀石墨为非极性吸附材料
2膨胀石墨的层面由石墨微晶组成，膨胀后生成大量的蠕虫空腔，孔 隙相互连接形成网络状孔隙结构。适合吸附大分子物质。
3蠕虫空腔表面的非极性，不规则性，高活性本身就具有结合在一起 的趋势，且夹层化合物在高温下迅速分解，气体压力造成孔隙表面层 外缘卷曲，又赋予其表面结构新的边缘活性，形成储油为狭缝或由其衍生形成的多边形柱孔和楔形孔，表面孔 一般为开放孔，内部互连孔，有开放孔，半开放，封闭孔三种情 况。孔径较宽，孔容积占98%。 膨胀石墨具有四级孔粒结构。一级孔为表面V型开放孔，十几 微米到几百微米。二级孔亚片层间柳叶形，横向相互连通，几 微米到十几微米。三级孔石墨为亚片层内多边形孔，1微米到 0.1微米量级。四级孔在纳米量级，极少。
150ml印染废水，经1g80目250倍膨胀石墨吸附后，色度和CODcr均 能达到Ⅰ级排放标准。膨胀石墨低密度板，在一次使用时间上明 显优于活性炭，实用性和经济性有独特优势。
3控制大气污染中的应用
生活环境气体净化
对于二氧化硫，硫化氢，一氧化碳，氮氧化物，氨，装潢挥发油， 臭氧等都有吸附效果，用膨胀石墨吸附比较合适。可以利用膨胀 石墨吸附汽车汽油蒸汽，减少碳氢化合物的排放量。
烟气治理
工业废气及汽车尾气对大气污染的主要成分为燃烧所释放出来的 SOx,NOx。膨胀石墨对SOx，NOx以及烟气中的金属有较好的吸附脱 除效果。再生处理非常简单，水洗，干燥之后就可以重复使用。 石墨在烟气脱硫中可以不计成本，石墨的消耗也较少，副产品硫 酸可以回收利用。
饮用水中的应用
用膨胀石墨做水净化装置，处理量大，装置紧凑。对浑浊水质 有澄清作用，对水中含高铁、高锰等无机物质净化效果明显， 对细菌有极好的过滤效果，对氰、氯、酚等有机化合物去除率 达90%以上
性炭对各种油品的吸附量较小，且不随油品的变化而变 化。
膨胀石墨的应用
1溢油污染治理
溢油污染是海洋中最为引人注目 的一种油污染。据估计，因海上 生产、运输、事故、和陆地注入 海洋的油量达400000T/a。膨胀 石墨作为一种疏松多孔的物质， 表面具有丰富的网状结构，和很 高的比表面积，和少量的化学基团，特别适于吸附疏水物质。膨胀石墨 具有从水中吸附矿物油，植物油，以及石油产品的性能，而且既可以 散粒做吸附剂，也可以做成垫板状，毡状、水栅栏和作为过滤介质进 行吸附处理。吸附油以后结成块状浮在水面上，不下沉，便于收集。 1g膨胀石墨可以吸附超过80g重油。
所吸附油品可以通过挤压、加热、或溶解的方 法加以回收
2处理印染废水
膨胀石墨吸附法是处理印染 废水的主导工艺
已有研究表明，膨胀石墨对活 性染料，酸性染料即直接染料 有吸附脱色作用。250ml/g的膨 胀石墨，对水相中质量浓度为 100～300mg/L的酸性媒介黄GG， 脱色率在97%以上。做成低密度 板的膨胀石墨，对水中COD的去 除率也有20%～40%的效果。
4通过自身的孔隙，利用毛细现象吸附，且大多为物理性的可逆吸附。
5插层物质不同，膨胀的情况也不一样
6膨胀是熵增加的过程，膨胀伴随新的活性点的产生，以及晶格缺陷增 加和悬空键增加，膨胀石墨会自发的吸附其它分子和原子，使自身体系 更趋稳定。
膨胀石墨的合成
1 化学氧化法
在100℃左右，氧化剂与浓硫酸按一定比例配成氧化酸 液，将鳞片石墨浸泡其中，是硫酸根离子插入石墨层间， 与已经被氧化的碳原子结合，生成纳米级复合材料。
缺点是，对设备的要求较高，影响产品质 量的因素较多，有时环境温度的提升可导 致产物的膨胀体积大幅度下降。
3低硫或无硫膨胀石墨的合成
采用硫酸法生产膨胀石墨时，由于制备过程中引 入了硫酸根离子，膨胀石墨中残硫的存在，在使 用过程中易加速金属腐蚀，缩短设备的使用寿命。 因此，低硫或无硫膨胀石墨的研制对于推广应用 至关重要。一种方法是使非强酸类插入剂进入石 墨层间以部分地取代硫酸，从而降低膨胀石墨中 的含硫量。另外一种方法是将传统工艺制备的膨 胀石墨浸泡在草酸和硝酸的混合溶液中，可有效 减少可膨胀石墨中硫的含量，该方法比传统方法 要降低79％～87％的硫含量。
常用的氧化剂
K2Cr2O7,KMnO4,NaNO3,KClO4,NaClO3,HNO3,H2O2等
氧化剂的主要作用是打开石墨层的边缘，使得石墨边 缘相邻层面的碳原子相互排斥，增大层面间距，降低 插层反应的活化能，以便插层剂顺利进入插层空间
一般流程
石墨预 处理
氧化处 理
氧化后 处理
膨胀
2电化学法
电化学法是将石墨和辅助阳极一起构成阳极室浸 泡在插层剂电解液中，通以适当的阳极电流，经 过一定的氧化时间后取出，水洗干燥后即可得到 膨胀石墨，用这种方法制得的膨胀石墨含硫量低， 不需添加任何其他氧化剂，通过调节电流电压等 电化学参数控制反应的进行，可以大批量地合成
膨胀石墨和活性炭的比较
以350ml/g膨胀石墨讨论
膨胀石墨对煤焦油及其馏分的吸附质量比高达1：30～1：60，且随 着油品的粘度增大，吸附量增加。相对活性炭只有1：3～1：4.5的 吸附比。且膨胀石墨的比表面积有134.48m2/g,而活性炭却有900～ 1000m2/g
随着膨胀体积的增大，膨胀石墨的吸附量就越大。而活
医用
可作为烧伤创面的外用材料。有良好的吸附抗炎效果。各种碳 和碳素材料在人体应用实践表明具有良好的生物相容性，无排 斥反应，无毒无害，无刺激，无致敏。