膨胀石墨_2012

膨胀石墨的制备方法及应用研究进展石墨通常产于变质岩中，是煤或碳质岩石( 或沉积物) 受到区域变质作用或岩浆侵入作用形成的碳质元素结晶矿物，化学性质不活泼。

根据结晶形态不同，天然石墨分为三类，即块状石墨、鳞片石墨和隐晶质石墨。

其中鳞片石墨的性能最优越，工业价值最大。

鳞片石墨为天然显晶质石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构，具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能。

膨胀石墨(EG)是由优质天然鳞片石墨经强酸和强氧化剂插层处理、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。

膨胀石墨同时也沿袭了天然鳞片石墨的性能，具有极强的电导率、耐高温、抗腐蚀、抗辐射特性。

与天然鳞片石墨相比，膨胀石墨的结构松散、多孔且弯曲、密度更低、体积和表面积更大、表面能更高，具有极强的抗震性、抗扭曲性、耐压性、吸附性。

膨胀石墨热导率高，可作为导热材料和导电材料。

膨胀石墨耐高温、耐高压、耐腐蚀，可用来制作高级密封材料。

膨胀石墨极易吸附油类、有机分子及疏水性物质，可作为性能优越的吸附材料。

目前，膨胀石墨被广泛应用于化工、建材、环境保护等20多个领域，需求量巨大，是材料领域的研究热点。

鉴于膨胀石墨的独特结构、优越性能以及广泛应用，本文从制备方法及应用领域详细综述了膨胀石墨的研究进展，并对膨胀石墨的制备方法、性能优化及应用拓展作了展望，以期为膨胀石墨的科研工作者提供一定参考。

1 膨胀石墨的结构和性质石墨晶体具有由碳元素组成的六角网平面层状结构，层平面上的碳原子以强共价键结合，层与层间以范德华力结合，层间距较大，因此层间结合力较弱。

在适当的条件下，酸、碱金属、盐类等多种化学物质可插入石墨层间，并与碳原子结合形成新的化学相———石墨插层化合物(GIC)。

这种层间化合物在加热到适当温度时，可瞬间迅速分解，产生大量气体，使石墨沿轴方向膨胀成蠕虫状的新物质，即膨胀石墨(EG)。

因此，膨胀石墨也称石墨蠕虫，可定义为，天然鳞片状石墨经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。

(10)申请公布号 CN 103043655 A(43)申请公布日 2013.04.17C N 103043655 A*CN103043655A*(21)申请号 201210508884.2(22)申请日 2012.11.29C01B 31/04(2006.01)(71)申请人东莞市翔丰华电池材料有限公司地址523000 广东省东莞市黄江镇江北路胜前工业西区C 幢(72)发明人赵东辉 戴涛 周鹏伟(74)专利代理机构深圳市精英专利事务所44242代理人李新林(54)发明名称高比表面积膨胀石墨的制备方法(57)摘要本发明公开了一种高比表面积膨胀石墨的制备方法，包括插层反应、活化、膨化和纯化等步骤。

本发明使用溴化铵作为辅助插层剂可有效地提高插层效果；制备过程温度的控制，尤其是850℃的膨化温度及15s 的膨化时间可使膨胀石墨前躯体得到充分的膨胀形成具有高比表面积的膨胀石墨，并且最后还经溶液纯化处理使本发明所制备的膨胀石墨纯度高，碳含量大于99.5%，铁含量小于30ppm 。

(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 3 页1/1页1.一种高比表面积膨胀石墨的制备方法，包括以下步骤：（1）将质量分数为90%的硫酸与质量分数为68%的硝酸混合形成混酸，硫酸的体积与硝酸的体积之比为3-5：1，然后在不断搅拌混酸的同时向混酸中分别加入天然石墨粉和溴化铵，混酸、天然石墨粉和溴化铵的质量之比为5-10：1：0.5-1；（2）经步骤（1）所得的反应混合物在25-40℃下搅拌60min ，然后升温至45-50℃并保持搅拌15min ，搅拌速率为600-700r/min ；（3）经步骤（2）所得的反应混合物经过滤得到固体物质，用水反复洗涤固体物质至洗涤液的pH 为6.0-7.0，然后将固体物质置于30-35℃的烘箱中烘干至含水量小于10%，接着将温度升至70-80℃并保温30min ；（4）将膨胀石墨前驱体自然冷却至室温后置于膨化温度为800-900℃的膨化炉中膨化10-20s ；（5）用粉碎机将经步骤（4）所得固体物质粉碎成粒径为30-35μm 的微粉；（6）用盐酸浸泡经步骤（5）所得微粉3-5h ，然后用水洗涤至洗涤液的pH 为6.0-7.0，过滤后在30-35℃下烘干至含水量小于0.5%。

膨胀石墨（expanded graphite）膨胀石墨是由天然鳞片石墨制得的一种疏松多孔的蠕虫状物质，因此又叫石墨蠕虫。

天然鳞片石墨是具有层状结构的晶体，每一层的碳原子以强有力的共价键组合成网状平面大分子，而层与层之间以很弱的范德华力结合，在强氧化剂的作用下，网状平面大分子变成有正电荷的平面大分子，致使具有极性的硫酸分子和硫酸氢根等负离子插入石墨层中形成可膨胀石墨，又叫石墨层间化合物（graphite intercalation compound，GIC）。

由于在膨化过程中形成了独特的网络孔系，比表面积较大，并且所产生新鲜表面的活性较高，所以具有很好的吸附性能等特殊性能，应用范围十分广泛。

其制备方法通常有化学氧化法（浓硫酸法，混酸法，二次氧化），电化学氧化法，气相扩散法，爆炸法等。

膨胀石墨的微孔结构一、性能柔软、轻质、多孔、吸附性能好。

由于膨胀石墨空隙发达而且多以大孔为主，所以易吸附大分子物质，尤其是非极性大分子，耐氧化，耐腐蚀，除少数的强氧化剂外，几乎能抗所有的化学介质的腐蚀。

耐辐射，并且具有导电导热性、自润滑性好，不渗透，耐高底温，回弹性优良等性质。

二、应用（1）环保领域膨胀石墨有疏水性和亲油性，可以在水中有选择性的除去非水性的溶液，如从海上、河流、湖泊中除去油污。

膨胀石墨在吸油时能形成一定的缠绕空间，可储存远大于其总孔容的油类物质。

吸附大量油后可集结成块，浮于液面，便于收集，并可再生处理，循环使用。

而且膨胀石墨基本由纯炭组成，不会再水中造成二次污染。

此外, 膨胀石墨还可用于工业废水乳状液除油以及除去可溶于油的物质, 如农药等, 并对许多其他有机或无机有害成分有良好的吸附效果。

除了可在液相中进行选择性吸附，膨胀石墨对工业废气及汽车尾气所产生的大气污染主要成分如SOx，NOx也有一定的脱除效果。

每立方厘米的重量为0.16毫克。

碳海绵可任意调节形状，弹性也很好，被压缩80%后仍可恢复原状。

碳海绵”可任意调节形状，弹性也很好它对有机溶剂有超快、超高的吸附力，是已被报道的吸油力最强的材料。

膨胀⽯墨简介（中国粉体技术⽹/三⽔）膨胀⽯墨是由天然鳞⽚⽯墨制得的⼀种疏松多孔的蠕⾍状物质（见图1）,因此⼜叫作⽯墨蠕⾍。

早在⼗九世纪六⼗年代初，B.C.Brodic 在研究⽯墨性质时发现，把天然⽯墨与硫酸和硝酸等化学试剂作⽤，在受热时⽯墨的体积会发⽣⼀定的膨胀。

天然鳞⽚⽯墨是具有层状结构的晶体,每⼀层的碳原⼦以强有⼒的共价健组合成⽹状平⾯⼤分⼦,⽽层与层之间以很弱的范德华⼒结合,在强氧化剂的作⽤下,⽹状平⾯⼤分⼦变成带有正电荷的平⾯⼤分⼦,致使具有极性的H2SO4分⼦和硫酸氢根等负离⼦插⼊⽯墨层中形成可膨胀⽯墨,⼜叫⽯墨层间化合物(graphite intercalation compounds, GICs)。

\图1 膨胀⽯墨的微观形貌1、膨胀⽯墨的结构从外观看来，膨胀⽯墨是⼀种疏松多孔⽽富于柔软性的物质。

其⽐重特别⼩，有较⼤的⽐表⾯积，⼀般可达 50-200m2/g，孔径基本以中、⼤孔为主。

从宏观结构上看,⼀个⽯墨蠕⾍由多个“微胞”连接在⼀起组成。

从微观结构上看,微胞内⼜有许多细⼩孔隙,形成了膨胀⽯墨丰富的孔隙结构。

天然鳞⽚⽯墨内原有许多⽚层有序区,⾼温⽓化过程中,⽚层间的连接处⾸先被层间化合物(主要为C n(HSO4)n和吸存⽔)的分解⽓流胀开,形成了膨胀⽯墨沿c轴的尺⼨在⼏⼗⾄⼏百微⽶的第⼀级孔隙,即微胞之间较⼤的裂缝(图2a)。

⽽⽚层有序区内部,若⼲亚⽚层之间受热不均匀变形形成⼏⼗微⽶的第⼆级孔(图2b),原来的⼀个⽚层有序区就对应着此时的⼀个微胞。

亚⽚层内部的孔隙结构,呈多边型,取向⽆规,⽹络状互相连通,构成了膨胀⽯墨的尺⼨在⼏⾄⼏⼗微⽶第三级孔结构(图2c)。

在三级孔的孔壁上⽤SEM进⾏⾼倍放⼤,观察不到明显孔隙结构,表明三级孔壁上没有发达孔隙结构。

但⽤N2法可以测得有少量的纳⽶级微孔,将其归纳为第四级孔。

\图2 膨胀⽯墨的微观孔结构2、膨胀⽯墨的性能（1）软、轻质、多孔、吸附性能好。

碳系电磁屏蔽材料——膨胀石墨和碳黑的发展及其应用在当今这样一个科技文明飞速发展的时代，各式各样的电子设备层出不穷，给人们的生活带来极大的便利和快乐，但是，与此同时，随着电子产品的普及，其隐藏的危害也日益凸显，而电磁污染便是其中的典型代表。

电磁污染是指天然和人为的各种电磁波的干扰及有害的电磁辐射，其造成的危害是不容低估的。

在现代家庭中，电磁波在为人们造福的同时，也随着“电子烟雾”的作用，直接或间接地危害人体健康。

据美国权威的华盛顿技术评定处报告，家用电器和各种接线产生的电磁波对人体组织细胞有害。

例如长时间使用电热毯睡觉的女性，可使月经周期发生明显改变；孕妇若频繁使用电炉，可增加出生后小儿癌症的发病率。

近10年来，关于电磁波对人体损害的报告接连不断。

据美国科罗拉多州大学研究人员调查，电磁污染较严重的丹佛地区儿童死于白血病者是其它地区的两倍以上。

瑞典学者托梅尼奥在研究中发现，生活在电磁污染严重地区的儿童，患神经系统肿瘤的人数大量增加。

为了减少这一危害，各国的学者致力于研究各种电磁屏蔽材料来完成这一工作。

木质电磁屏蔽材料则是当今这一领域研究的热点之一，我们将探究如何利用碳系材料与木材结合到达预定的电磁屏蔽效果，目前碳系电磁屏蔽材料的研究集中于石墨，碳黑和碳纤维这三大类，我们拟定将膨胀石墨和碳黑作为我们可能将要选用的材料。

1、膨胀石墨石墨是碳的一种同素异形体，每个碳原子周边链接另外三个碳元素。

构成蜂窝状的六边形，以共价键结合的共价分子。

由于每个碳原子都会产生一个自由移动的电子，因此石墨属于导电体，其导电性强于普通碳元素。

对电磁波具有一定吸收作用。

因此将其作为电磁屏蔽材料有一定的可行性。

而膨胀石墨是一种较为新型的碳素材料，在19世纪60年代初，由Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热首次制得。

其原理是在一定条件下使酸、碱、卤素的原子或单个分子进入石墨的层间空隙，从而形成具有插层化合物的石墨，即所谓膨胀石墨。

鳞片石墨膨胀石墨液相剥离法石墨烯鳞片石墨、膨胀石墨和液相剥离法石墨烯是当前研究中备受关注的三种材料。

它们在材料科学、化学工程以及电子领域具有广泛的应用前景。

本文将深入探讨这三种材料，并探讨它们的生产、特性和应用。

一、鳞片石墨鳞片石墨是一种多层石墨片层堆叠组成的材料。

它的层间距较大，有利于进行化学处理和膨胀。

鳞片石墨是石墨烯的前体材料，是制备石墨烯的重要原料。

在制备过程中，鳞片石墨需要经过化学氧化、剥离等步骤，才能得到高质量的石墨烯材料。

二、膨胀石墨膨胀石墨是指经过热处理或化学处理后，使石墨晶片之间发生膨胀现象，形成一种开放的结构。

这种开放结构有利于分子的渗透和吸附，因此在吸附剂和催化剂等领域有广泛的应用。

膨胀石墨还可作为轻质材料、隔热材料以及导热材料使用，具有良好的应用前景。

三、液相剥离法石墨烯液相剥离法是一种制备石墨烯的重要方法。

在此方法中，将鳞片石墨放入一定溶剂中，经过超声处理或机械剥离，使石墨层逐层分离，形成高质量的石墨烯材料。

与传统机械剥离法相比，液相剥离法制备的石墨烯具有更高的质量和较大的面积，适用于电子器件、传感器、储能材料等领域。

总结通过对鳞片石墨、膨胀石墨和液相剥离法石墨烯的探讨，我们可以看出，这三种材料在材料科学和电子领域有着广泛的应用前景。

鳞片石墨是制备石墨烯的重要原料，而膨胀石墨具有良好的吸附和导热性能，液相剥离法是一种制备高质量石墨烯的重要方法。

这些材料的研究不仅可以推动材料科学的发展，也可以为电子器件、储能材料等领域提供更多的选择和可能性。

个人观点在当前的材料科学研究中，石墨烯作为一种新型材料，具有广泛的应用前景。

而鳞片石墨、膨胀石墨和液相剥离法石墨烯作为石墨烯的前体材料和重要制备方法，在材料科学和电子领域有着重要的地位。

未来的研究工作可以继续深入探讨这些材料的特性和应用，为材料科学和电子器件的发展提供更多的可能性。

通过对鳞片石墨、膨胀石墨和液相剥离法石墨烯的全面讨论，相信可以更全面、深刻地理解这三种材料的特性和应用。

HUNAN UNIVERSITY 膨胀石墨制备膨胀石墨制备****：***学生学号：B1513Z0359学院名称：材料科学与工程学院指导老师：陈刚二〇一五年十一月膨胀石墨制备工艺综述摘要：随着近代生产向高速度、高参数发展，尤其是原子能、导电、地热、宇航等新技术的兴起，对材料的要求也越来越高。

例如，旋转发动机顶点部分的滑动密封、石油、化工、冶金、地热工业中的高温密封、核工业上的耐辐射密封等，都需要一种既耐高温、耐腐蚀、耐辐射、又有柔软性、回弹性和长寿命抗氧化的高性能密封材料。

近年来实践证明，膨胀石墨和以它为基体的复合材料能够很好地满足诸方面的要求。

本文通过查阅文献总结了膨胀石墨的制备方法、工艺、应用，以及发展趋势。

关键词：膨胀石墨；机理；复合材料；应用膨胀石墨，研究碳材料的同仁肯定不陌生，但是如何定义“膨胀”二字呢？能膨胀到多少倍的石墨才叫膨胀石墨呢？可膨胀石墨与膨胀石墨又没有一个明确的定义和区分；可膨胀石墨与石墨层间化合物是不是一种物质？可膨胀石墨是指已经插层了层间化合物还是可以膨胀的石墨的一个统称？还有鳞片石墨的尺寸在一个什么范围内，石墨才具有膨胀性，为什么？这些都需要给一个明确的定义才行。

天然石墨是层状结构如图1(a)所示，石墨是共价键结合的正六边形片状结构单元，层间依靠离域π键和范德华力连接并可相对滑动。

天然石墨层间的范德华力非常微弱，所以可以用物理或化学的方法将其它异类粒子如原子、分子、离子甚至原子团插入到晶体石墨层间，有些可与层内电子发生局部化学反应[1]，形成层间化合物[（Graphite Intercalation Compound）简称GIC，图1(b)]。

天然石墨可与硝酸、硫酸、高锰酸钾、双氧水、臭氧等强氧化剂混合形成可膨胀石墨，当可膨胀石墨通过马弗炉或微波加热时，石墨碳层沿C轴方向发生大幅膨胀，形成结构疏松、低密度的蠕虫石墨、内部具有大量独特的网状微孔结构，也即膨胀石墨或石墨蠕虫(Worm-1ike Graphite)[（ Expanded Graphite）简称EG，图1(c)][2]。

膨胀石墨的阻燃机理在科学与技术领域中，膨胀石墨引起了广泛的关注。

膨胀石墨是一种特殊的材料，具有出色的阻燃性能，可以在高温环境下有效地阻止火焰蔓延。

这种材料的阻燃机理引起了科学家们的浓厚兴趣，他们通过深入研究，试图揭示其中的奥秘。

1. 膨胀石墨的基本概念和特性膨胀石墨是一种具有层状结构的材料，其分子结构中的碳元素排列成平面形式，并通过共价键与邻近的碳原子相连接。

这种特殊的结构使膨胀石墨表现出许多独特的性质。

膨胀石墨具有优异的导热性和导电性，使其在大量的工业应用中发挥重要作用。

膨胀石墨的层状结构使其可以通过插入或吸附其他分子来改变其物理和化学性质。

这种可控的结构调控为膨胀石墨的阻燃性能的实现提供了可能。

2. 膨胀石墨的阻燃机理膨胀石墨的阻燃性能源于其特殊的分子结构。

在封闭的空间中，当有害气体和烟雾产生时，膨胀石墨可以快速膨胀，形成一层密封的保护层，防止火焰和烟雾进一步蔓延。

这种膨胀过程是通过碳原子层之间的物理变化和结构扩展来实现的。

当材料遇到高温时，层状结构中的碳原子将迅速热胀冷缩，从而导致材料的膨胀。

在高温环境下，膨胀石墨中的孔隙会放大，使其可以吸附更多的有害气体和烟雾。

3. 膨胀石墨在实际应用中的意义膨胀石墨的阻燃性能使其成为一种理想的阻燃材料。

它可以被广泛应用于建筑、交通、电子、化工等领域，以提高人们的安全性能。

在建筑领域，膨胀石墨可以作为建筑材料的防火层，有效地减少火灾的发生和蔓延。

在电子领域，膨胀石墨可以用作电池隔膜材料，提高电池的安全性和稳定性。

这些实际应用证明了膨胀石墨在提高人们生活质量和促进社会发展方面的重要作用。

4. 个人观点和理解对于我个人来说，膨胀石墨的阻燃机理给我留下了深刻的印象。

这种材料的阻燃性能非常出色，通过其独特的分子结构实现了膨胀和防火的功能，为保障人们的安全提供了一种新的可能性。

我认为，膨胀石墨的研究和应用将在未来得到更广泛的关注，其进一步的研究将有助于揭示更多的性能和潜力。

分子式：C1）耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。

石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。

从现有的文献中可以查知，膨胀石墨是一种性能优良的吸附剂，尤其是它具有疏松多孔结构，对有机化合物具有强大的吸附能力，1g膨胀石墨可吸附80g石油，于是膨胀石墨就被设计成各种工业油脂和工业油料的吸附剂。

2）导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。

导热性超过钢、铁、铅等金属材料。

导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。

石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。

碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。

拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。

汉字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁构成，从“炭”字音。

石墨是元素碳的一种同素异形体[1]，每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合，构成共价分子。

由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。

石墨是其中一种最软的矿物。

它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。

2、作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。

自然界已发现的沸石有30多种，较常见的有[1]方沸石、菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石、丝光沸石、辉沸石等，都以含钙、钠为主。

它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。

晶体所属晶系随矿物种的不同而异，以单斜晶系和正交晶系（斜方晶系）的占多数。

方沸石、菱沸石常呈等轴状晶形，片沸石、辉沸石呈板状，毛沸石、丝光沸石呈针状或纤维状，钙十字沸石和辉沸石双晶常见。

纯净的各种沸石均为无色或白色，但可因混入杂质而呈各种浅色。

玻璃光泽。

解理随晶体结构而异。