化学氧化过程简单地包括氧化和嵌入。石墨的氧化是可膨胀石墨形成的基本条件,因为插层反应是否可以顺利进行,在于石墨层间的开放程度。而天然石墨在常温下具有很好的稳定性和耐酸碱性,所以不与酸碱发生反应。因此,氧化剂的加入成为化学氧化中不可或缺的关键成分。
氧化剂有很多种。一般使用的氧化剂为固体氧化剂(如重铬酸l钾、三氧化铬等)或一些液体氧化剂(如双l氧水、硝l酸等)。近年来发现,重铬酸l钾是制备可膨胀石墨常用的主要氧化剂。在可膨胀石墨的制备过程中,插层剂大多是酸。
可膨胀石墨常见的制备方法:1、化学插层法。初始使用的原料是高碳鳞片石墨,其他化学试剂如浓硫l酸(98%以上)、双l氧水(28%以上)、高猛l酸钾等都使用工业级试剂。一般制备步骤如下:在适当的温度下,分不同的程序加入不同比例的过氧l化氢溶液、天然鳞片石墨和浓硫l酸,不断搅拌反应一定时间,然后洗涤至中性,离心、脱水,60度真空干燥。2、电化学方法。将石墨粉在强酸电解液中处理制备可膨胀石墨,水解、清洗、干燥。作为强酸,主要使用硫酸或硝l酸。用这种方法制备的可膨胀石墨含硫量低。3、超声波氧化法。在制备可膨胀石墨的过程中,对阳极氧化电解液进行超声振动,超声振动时间与阳极氧化相同。
可膨胀石墨多采用化学氧化和电化学氧化。传统的化学氧化法工艺简单,质量稳定,但存在酸性废物和产品含硫量高等问题。电化学法不使用氧化剂,酸液可多次循环使用,环境污染小,成本低,但收率低,对电极材料要求较高,目前实验室研究。除了氧化方法不同,这两种方法的脱酸、洗涤、干燥等后处理是相同的。其中化学氧化法是迄今为止应用广泛的方法,技术成熟,在工业上得到广泛推广和应用。
可膨胀石墨被膨胀石墨瞬间高温处理后,会发生数百倍的膨胀,形成蠕虫状的碳物质。它是无毒的环保材料。具有天然石墨的高温、低温、辐射、防腐、导电、导热性能。它还具有柔韧性、耐压性、可塑性、自润滑性、抗震性、抗畸变性等优良性能。
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