膨胀石墨电泳制备工艺研究

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可膨胀石墨作为一种新型的功能材料,广泛地应用于密封、环保、医疗卫生等领域。其主要采用化学氧化法来制备可膨胀石墨,但由于大多采用硫酸作为反应介质,导致产物中较高的含硫量,使它在原子能、航空航天、环保等高新领域的应用受到限制。 本文从膨胀石墨的制备工艺出发,旨在找寻一种在无硫酸的介入下制备膨胀石墨的工艺,达到无有害硫残余的目的。所以,文章从化学法制备工艺的原理入手,引入电泳插层的新制备工艺,在无硫酸介入反应条件下成功地合成了可膨胀石墨制品。研究了反应物配比、电流强度、电压大小、反应时间等影响因素对反应的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)等分析,对其结构、形成原理作了一定的论述。 电泳插层利用电场力的作用,使得带电粒子沿石墨粒子的层间方向作定向运动。CH3COO-、NO3-等粒子在电场力的作用下,插入到石墨层间,并形成石墨层间化合物(GIC)。实验表明,硝酸:乙酸酐为1∶5、电流强度为500mA,电压为150V,反应30分钟后,水洗至中性后于60℃下烘干,制得可膨胀石墨,经900℃高温处理后,可获得性能良好的膨胀石墨制品。 通过XRD对两个体系的GIC的结构进行分析,结果表明,化学氧化法主要为1阶产物,而电泳工艺主要为2、3阶结构;通过SEM对电泳法制备的膨胀石墨进行表观分析,发现其具有良好的孔隙结构,这些大的孔隙结构主要是由于电场力的作用,使得带电粒子具有较高入射速度,运动扩散到石墨层间的深处,经高温膨化后,在石墨的内部产生气体,使得石墨片层剥离,并部分形成“口袋”状孔隙,我们认为这种“口袋”状孔隙,将具有更好的储油效应。 电泳插层工艺具有良好的工艺可控性,可以获得高效的膨胀石墨制品。所制得的膨胀石墨具有良好的比表面积及对吸附性能,并且没有有害硫的残余。
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