可膨胀石墨

实验序号
反应时间/ ℃
膨胀体积/ mL/ g
1
10
212
2
15
229
3
25
251
4
35
245
5
45
232
6
55
224
量较低 , 硝 酸 插 入 量 较 少 , 膨 胀 体 积 也 不 大 。因 此 ,硫酸和硝酸配比适宜 ,膨胀体积才最佳 。 2 . 4 反应时间对石墨膨胀体积的影响
在室温下 ,取石墨 ,高锰酸钾 ,三氯化铁 ,硫酸 和硝酸的混酸的配比为 1 ∶0 . 8 ∶0 . 2 ∶3 ,不同的反 应时间对石墨膨胀体积的影响见表 4 。
三氯化铁作为可膨胀石墨制备中的催化插入 剂 ,少量的三氯化铁的加入可使石墨层间插入较 多的硫酸氢根离子 ,但若制品的氯含量过大 ,会对 金属造成严重腐蚀 。实验表明 , 石墨与三氯化铁 的质量比为 1∶0 . 2 时 ,效果较好 。 2 . 3 混酸的配比对石墨膨胀体积的影响
在常温下 ,取石墨与高锰酸钾的质量比为 1∶ 0 . 8 ,石墨与三氯化铁的质量比 1∶0 . 2 ,混酸与石墨 的质量比为 3∶1 ,反应时间为 0 . 5 h ,硫酸和硝酸的 混酸的不同配比对石墨膨胀体积的影响见表 3 。
由表 3 看出 ,硫酸和硝酸的配比为 2∶1 时 ,石 墨的膨胀体积最佳 。若硝酸的比例较大时 , 会使 混酸中水含量较多 ,溶剂化作用加强 ,造成水分子 与硫酸分子和硫酸氢根离子结合为水合分子和水 合离子 ,使硫酸分子和硫酸氢根离子体积增大 ,它 们难于插入石墨层间 。当硫酸比例高时 ,硝酸含
表 3 混酸的不同配比对石墨膨胀体积的影响 Table 3 Influence of weight ratio of sulf uric acid and nitric
可膨胀石墨是一种重要的无机非金属材料 , 它具有超导 、储氢 、催化化学反应及耐酸碱 , 耐高 温 ,抗拉 ,抗压 ,抗辐射 ,弯曲弹性好等优良性能 , 广泛用以替代易致癌的石棉类密封材料 。传统的 制备方 法 是 将 天 然 鳞 片 石 墨 放 入 硫 酸 中 浸 渍 氧 化 ,在较高温度下反应 ,经水洗干燥而成 。这种方 法反 应 时 间 长 ( 2 ～ 6 h ) , 反 应 温 度 高 ( 50 ～ 90 ℃) ,膨化容积小 ,含硫量高 ,用其制备的柔性石墨 密封材料 ,易腐蚀金属表面 ,使密封效果下降 ,严 重的会导致密封失效 ,乃至发生事故 。
PREPARATIO N OF EXPANSIBL E GRAP HITES
Q IN Yu2chun1 , WAN G Hai2tao2
(1. Depart ment of Applied Chemist ry , Nort heast China Instit ute of Elect ric Power Engineering , Jilin 132012 , China ; 2. Jilin Carbon Group Co Lt d , Jilin Jilin 132002 , China)
实验序号
1 2 3 4 5 6
反应时间/ min
10 20 30 40 50 60
膨胀体积/ mL/ g
189 210 242 230 221 204
表 5 反应温度对石墨膨胀体积的影响
Table 5 Influence of reaction temperature on expanded volume
表 1 高锰酸钾的用量对石墨膨胀体积的影响 Table 1 Influence of weight of potassium permanganate on
expanded volume
实验序号
1 2 3 4 5
质量比 (石墨∶
高锰酸钾)
1∶0. 6 1∶0. 7 1∶0. 8 1∶0. 9 1∶1
可膨胀石墨Biblioteka Baidu制备
秦玉春1 ,王海涛2
(1. 吉林炭素集团有限责任公司 ,吉林 吉林 132002 ;2. 东北电力学院应用化学系 ,吉林 吉林 132012)
摘 要 :研究了一种以天然石墨和硫酸 、硝酸的混酸为原料 ,高锰酸钾为氧化剂 ,三氯化铁为插入剂制备高膨胀 容积可膨胀石墨的新方法 。其最佳参数为 :石墨与高锰酸钾 ,三氯化铁 ,硫酸和硝酸的混酸的质量比为1 . 0∶ 0. 8∶0. 2∶3. 0 ,反应时间为 0. 5 h ,反应温度为 25 ℃。 关键词 :可膨胀石墨 ;混酸 ;高锰酸钾 ;三氯化铁 中图分类号 :O613. 71 文献标识码 :A 文章编号 :100123741 (2002) 0320019203
作者简介 :秦玉春 女 1966 年生 ,1989 年毕业于吉林大学电子科学系 ,现主要从事炭材料方面的研究工作 。
收稿日期 :2001 - 11 - 06
编辑 李成金
纯) ,高锰酸钾 (化学纯) ,三氯化铁 (化学纯) 。 1 . 2 实验方法
取一定量的天然鳞片石墨 ,在不断搅拌下将 其加入硫酸和硝酸的混酸溶液中 ,再加入高锰酸 钾 ,控制一定温度 ,然后再加入三氯化铁 ,搅拌 ,反 应一定时间后 ,离心分离 ,用稀碱溶液浸洗 ,水洗 至酸性 ,脱水后干燥即可得膨胀石墨 。
3 结论
用高锰酸钾 ,硫酸 ,硝酸作氧化剂 ,三氯化铁 作插入剂 ,可制得低硫可膨胀石墨[1] ,在一定条件 下 ,将可膨胀石墨制成柔性石墨试片 ,含硫量低 , 具有优良的力学性能和抗氧化性能 。
参考文献∶ [1] 宋克敏 ,等. 低硫可膨胀石墨的制备 [J ]. 应用化学 ,
1995 ,1 (12) :94.
Abstract :A new met hod for preparing expansible grap hite was studied. The expansible grap hite wit h high expanded volume was prepared in mixed acids solution wit h potassium permanganate as oxidizing agent and ferric trichloride as inserting agent . The optimum conditions were obtained wit h t he parameters as follows : t he weight ratio of grap hite , potassium permanganate , ferric trichloride and t he mixed acid is 1. 0∶0. 8∶0. 2∶3. 0 , t he reaction time is 0. 5 h and t he reaction temperature is 25 ℃. Key words :Expansible grap hite ;mixed acid ;potassium permanganate ;ferric trichloride
本文以天然石墨和硫酸 、硝酸的混酸为原料 , 高锰钾酸为氧化剂 ,三氯化铁为插入剂 ,找出了比 较理想的制备可膨胀石墨的试验条件 ,其制备工 艺简单 ,反应速度快 ,环境污染少 ,易于掌握 ,且成 本低 ,便于推广 。
1 实验
1 . 1 主要原料及试剂 天然鳞片石墨 ,硫酸 (分析纯) ,硝酸 (分析
2 结果和讨论
膨胀容积和硫含量是决定可膨胀石墨质量的 两个重要指标 ,工业上最有利用价值的可膨胀石 墨的膨胀容积在 150 ～ 250 mL / g ,其制品的含硫 量越低越好 。 2 . 1 高锰酸钾用量对石墨膨胀体积的影响
在室温下 ,按硫酸与硝酸质量比为 2 ∶1 ,石墨 与混酸的质量比为 1∶3 ,改变高锰酸钾的用量 ,反 应时间为 0. 5 h ,得到其与制得的可膨胀石墨的膨 胀体积的关系 ,见表 1 。
由表 1 可以看出 ,高锰酸钾用量对石墨膨胀 体积的影响存在一个最佳效果峰值 ,此时质量比 (石墨 :高锰酸钾) 为 1∶0 . 8 。如果高锰酸钾的用量 太少 ,其氧化作用不能完全“打开”石墨中间层 ,石 墨层间反应不充分 ,氧化较慢 ;当高锰酸钾用量太 多时 ,使石墨分子充分氧化 ,破坏了石墨的结构 ,
膨胀体积/ mL/ g
154 185 241 241 243
表 2 三氯化铁的用量对石墨膨胀体积的影响 Table 2 Influence of weight of ferric trichloride on expanded
volume
实验序号
1 2 3 4 5
质量比 (石墨∶
三氯化铁)
1∶0. 1 1∶0. 15 1∶0. 2 1∶0. 25 1∶0. 3
acid on expanded volume
实验序号
1 2 3 4 5 6 7
质量比 (硫酸∶
硝酸) 1∶2 1∶1 2∶1 3∶1 4∶1 5∶1 6∶1
膨胀体积/ mL/ g 170 180 255 230 219 208 199
表 4 反应时间对石墨膨胀体积的影响 Table 4 Influence of reaction time on expanded volume
膨胀体积/ (mL/ g)
201 221 248 245 248
从而降低了产品质量 。 2 . 2 三氯化铁的用量对石墨膨胀体积的影响
在常温下 ,取硫酸与硝酸的质量比为 2 ∶1 ,石 墨与混酸的质量比为 1∶3 ,石墨与高锰酸钾的质量 比为 1∶0 . 8 ,反应时间为 0 . 5 h ,改变三氯化铁的用 量 ,得到其与制得的可膨胀石墨的膨胀体积的关 系 ,见表 2 。
可膨胀石墨的制备是一个放热反应 ,升高温 度对反应不利 ,还会造成硝酸的挥发 ,但反应还需 一定的活化能 ,只有在一定的温度下 ,才能使反应 分子活化 ,参与反应 。实验表明 ,最佳的反应温度 为 25 ℃。 2 . 6 反应条件的研究
我们用 L 9 ( 34 ) 正交法进行了正交实验 ,由此 方法得出的最佳反应条件为石墨 ,高锰酸钾 ,三氯 化铁 ,混酸的质量比为 1∶0 . 8∶0 . 2∶3 ,反应时间为 30 min ,反应温度为 25 ℃,硫酸与硝酸的混酸的配 比为 2∶1 ,膨胀体积为 250 mL / g 。为保证反应的 顺利进行 ,反应必须在不断搅拌的条件下进行 ,产 物脱酸后经反复水洗至中性 ,再进行脱水 ,制得可 膨胀石墨 。
由表 4 看出 , 反应时间短 , 反应不充 分 , 当 反 应到一定的时间时 , 膨胀体积最大 。但随着反应 时间的增加 ,形成的石墨层间化合物受氧化剂氧 化而遭破坏 ,使膨胀体积降低 ,理想的反应时间为 30 min 。 2 . 5 反应温度对石墨膨胀体积的影响
取石墨 ,高锰酸钾 ,三氯化铁 ,硫酸和硝酸的 混酸的配比为 1∶0 . 8 ∶0 . 2 ∶3 ,反应时间为 0 . 5 h , 不同的反应温度对石墨的膨胀体积的影响见表 5 。