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制备无硫膨胀石墨新方法的研究
蔡梅张慧姣”李冀辉（河北师范大学化学与材料科学学院，河北石家庄050024）
StudyonANewMethodforPreparation
Sulfur-Free Exfoliated Graphite
Mei Li Hui-Jiao Zhang' Ji-Hui Li
(College of Chemistry and Material Science, Hebei Normal University, Shi Jiazhuang, 050024)
摘要：本文研究了用高氯酸和丙酸混合液作插层剂制备无硫断胀石墨的新方法，利用正交实验方法筛选出制备的最佳条件：在最佳条件下制备的可断胀石墨的断账容积是260ml/ 名，产品不含硫：用扫描电镜对产品进行了微观形貌分析，用红外光谱仪测定了产品的红外光谱
关键词：无硫膨胀石墨；石墨层间化合物；制备：高氧氯酸；丙酸;热膨胀
Abstract:A new method was studied for preparing sulfur free exfoliated graphite by using a mixed solution of HCIO, and C,H.COOH as intercalatant. The best conditions for preparing the exfoliated graphite were optimized by an orthogonal test method. Expandable graphite with 260ml/g expanded volume was ob-tained in the best conditions. The product was analyzed by the methods of SEM andIR.
Keywords:sulfur- free exfoliated graphite intercalation com pound preparation perchloric acid propanoic acid thermal expan sion
膨胀石墨是一种性能优良的无机非金属材料，它可以制成高性能密封材料、环境吸附材料、导电材料、医用敷料、阻燃材料等，在航空、航天、核电站、医药卫生、环保，石油化工等各个领域有广阔的应用前景"-5。它通常是用H,SO.,HNO,等强 Brinsted酸使天然鳞片石墨形成石墨层间化合物（GICs），再经水洗、烘干、高温膨胀而成。如果在制备时使用浓H,SO.，则膨胀石墨就会含有一定量的硫，用作高级密封材料时，硫会腐蚀所接触金属的密封面。因此无硫膨胀石墨的制备受到广泛关注。Song等"在HNO,和乙酸酐介质中制备无硫膨胀石墨，田金星等"研究在HNO,和H,PO.混酸中制备无硫膨胀石墨，赵正平等"采用电解法，以NH.NO,为电解液制备无硫膨胀石墨，这些研究为无硫膨胀石量的生产提供了依据。本文首次研究了在 HCIO,和C,H,COOH介质中制备无硫膨胀石墨的新方法，该方法不使用H,SO.，克服了浓硫酸化学氧化法或电解法使产品含硫
64万方数线2015年11月
的弊端，本方法也不使用HNO，可避免浓硝酸化学氧化法制备
膨胀石墨的膨胀容积不稳定的现象”。 1实验
1.1原料与试剂
天然鳞片石墨（50目，含碳量99%），高氟酸，丙酸，高锰酸
钾均为分析纯试剂。 1.2实验方法
在搅拌条件下，按顺序将一定比例的高氯酸、丙酸、天然鳞片石墨、高锰酸钾混合，在一定温度下反应使其生成GICs，真空抽滤脱酸性溶液，水洗至中性，脱水，于65℃烘干得可膨胀石
基，经900℃的高温膨化后，得无硫膨账石量产品。 1.3测试
膨胀石墨的膨胀容积及中间产品可膨胀石墨的主要技术指标，按GB10698-89的方法测定。用扫描电镜(SEM)(S-570 Hitachi，Japan）对产品进行微观形貌分析，用傅立叶变换红外光谱仪(M1370,Perkin=ElmerCompany，USA)对产品进行红外光谱分析。
2结果与讨论 2.1反应条件的选择
对于膨胀石墨的应用（如密封材料、吸附材料、医用敷料等），膨胀容积和含硫量是影响膨胀石墨质量的两个重要参数。由于使用不含硫的插层剂，本方法制备的产品无硫，因此影响膨胀石墨质量的关键是膨胀容积。插层剂的组成成分、反应温度、反应时间是影响膨胀容积的重要因素。以此为依据进行最佳制备条件的单因素试验：依次改变高氟酸.丙酸.高锰酸钾的用量及反应时间和反应温度，测定不同实验条件下的膨胀容积(ml/g)，实验结果见表1。本实验使用高氯酸和丙酸作插层剂，比单纯用酸性及氧化性很强的高氯酸作插层剂条件温和产品的膨胀容积大。由于丙酸为有机酸，在高温膨胀时易分解，而且不会造成有害物的残留。但仅用丙酸作插层剂，没有高氯酸的存在，则不能形成层间化合物，原因是丙酸提供的弱