由于天然鱗片石墨的層間結(jié)合力相對較弱,經(jīng)化學(xué)法或電化學(xué)法處理,可以使其形成石墨層間化合物,便是可膨脹石墨。膨脹石墨是一種高級密封材料，其制品具有耐熱、耐磨、耐腐蝕、耐氧化，表面活性大，吸附力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以代替石棉、橡膠某些金屬材料等傳統(tǒng)密封材料，用途廣泛，可用來制作各種泵、閥、壓力容器、管道等處的密封部件。膨脹石墨在環(huán)境保護(hù)中常作為新型吸附劑，對重油等石油產(chǎn)品有較強(qiáng)的吸附力，由此可解決油類對江、河、湖、海及飲用水源的污染治理問題?？膳蛎浭址Q柔性石墨。石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，堿金屬，鹵素金屬鹵化物，強(qiáng)氧化性含氧酸，都可嵌入層間。形成層間化合物，再經(jīng)高溫處理，使之急速分解再次發(fā)生膨脹，體積可增至原來的幾百倍，稱膨脹石墨。疏松多孔，富有彈性。耐溫范圍寬在-200——3600度之間。在高溫，高壓或輻射條件下工作，不發(fā)生分解，變形或老化，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定?？勺雒芊庠稍谏罾錃錃?分離凈化裝置，硫酸回收裝置，核能，硼酸等苛刻的條件下工作還作坩堝，保溫。襯里，隔間和防震村，以及催化劑載體，吸附劑，脫色劑等。該產(chǎn)品被譽(yù)為“密封之王”。 制備： 1．1 主要原料及試劑 天然鱗片石墨，硫酸(分析純)，硝酸(分析純)，高錳酸鉀(化學(xué)純)，三氯化鐵(化學(xué)純)。 1．2 實(shí)驗(yàn)方法 取一定量的天然鱗片石墨，在不斷攪拌下將其加入硫酸和硝酸的混酸溶液中，再加入高錳酸鉀，控制一定溫度，然后再加入三氯化鐵，攪拌，反應(yīng)一定時間后，離心分離，用稀堿溶液浸洗，水洗至酸性，脫水后干燥即可得膨脹石墨。 2 結(jié)果和討論 膨脹容積和硫含量是決定可膨脹石墨質(zhì)量的兩個重要指標(biāo)，工業(yè)上最有利用價值的可膨脹石墨的膨脹容積在150～250 mL／g，其制品的含硫量越低越好。 2．1 高錳酸鉀用量對石墨膨脹體積的影響在室溫下，按硫酸與硝酸質(zhì)量比為2：1，石墨與混酸的質(zhì)量比為1：3，改變高錳酸鉀的用量，反應(yīng)時間為0．5 h，得到其與制得的可膨脹石墨的膨脹體積的關(guān)系，見表1。 由表1可以看出，高錳酸鉀用量對石墨膨脹體積的影響存在一個較佳效果峰值，此時質(zhì)量比(石墨：高錳酸鉀)為1：0．8。如果高錳酸鉀的用量太少，其氧化作用不能完全“打開”石墨中間層，石墨層間反應(yīng)不充分，氧化較慢；當(dāng)高錳酸鉀用量太多時，使石墨分子充分氧化，破壞了石墨的結(jié)構(gòu)，從而降低了產(chǎn)品質(zhì)量。 2．2 三氯化鐵的用量對石墨膨脹體積的影響在常溫下，取硫酸與硝酸的質(zhì)量比為2：1，石墨與混酸的質(zhì)量比為1：3，石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1：0．8，反應(yīng)時間為0．5 h，改變?nèi)然F的用量，得到其與制得的可膨脹石墨的膨脹體積的關(guān)系，見表2。 三氯化鐵作為可膨脹石墨制備中的催化插入劑，少量的三氯化鐵的加入可使石墨層間插入較多的硫酸氫根離子，但若制品的氯含量過大，會對金屬造成嚴(yán)重腐蝕。實(shí)驗(yàn)表明，石墨與三氯化鐵的質(zhì)量比為1：0．2時，效果較好。 2．3 混酸的配比對石墨膨脹體積的影響在常溫下，取石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1：0．8，石墨與三氯化鐵的質(zhì)量比1：0．2，混酸與石墨的質(zhì)量比為3：1，反應(yīng)時間為0．5 h，硫酸和硝酸的混酸的不同配比對石墨膨脹體積的影響見表3。 由表3看出，硫酸和硝酸的配比為2：1時。石墨的膨脹體積較佳。若硝酸的比例較大時，會使混酸中水含量較多，溶劑化作用加強(qiáng)，造成水分子與硫酸分子和硫酸氫根離子結(jié)合為水合分子和水合離子，使硫酸分子和硫酸氫根離子體積增大，它們難于插入石墨層間。當(dāng)硫酸比例高時，硝酸含量較低，硝酸插人量較少，膨脹體積也不大。因此，硫酸和硝酸配比適宜，膨脹體積才較佳。 2．4 反應(yīng)時間對石墨膨脹體積的影響在室溫下，取石墨，高錳酸鉀，三氯化鐵，硫酸和硝酸的混酸的配比為l：0．8：0．2：3，不同的反應(yīng)時間對石墨膨脹體積的影響見表4。 由表4看出，反應(yīng)時間短，反應(yīng)不充分，當(dāng)反應(yīng)到一定的時間時，膨脹體積較大。但隨著反應(yīng)時間的增加，形成的石墨層間化合物受氧化劑氧化而遭破壞，使膨脹體積降低，理想的反應(yīng)時間為30 min。 2．5 反應(yīng)溫度對石墨膨脹體積的影響取石墨，高錳酸鉀，三氯化鐵，硫酸和硝酸的混酸的配比為I：0．8：0．2：3，反應(yīng)時間為0．5 h， 不同的反應(yīng)溫度對石墨的膨脹體積的影響見表5。 可膨脹石墨的制備是一個放熱反應(yīng)，升高溫度對反應(yīng)不利，還會造成硝酸的揮發(fā)，但反應(yīng)還需一定的活化能，只有在一定的溫度下，才能使反應(yīng)分子活化，參與反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，較佳的反應(yīng)溫度為25℃ 。 2．6 反應(yīng)條件的研究 我們用L9(3 )正交法進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)，由此方法得出的較佳反應(yīng)條件為石墨，高錳酸鉀，三氯化鐵，混酸的質(zhì)量比為I：0．8：0．2：3，反應(yīng)時間為 30 rain，反應(yīng)溫度為25℃ ，硫酸與硝酸的混酸的配 比為2：l，膨脹體積為250 mL／g。為保證反應(yīng)的順利進(jìn)行，反應(yīng)必須在不斷攪拌的條件下進(jìn)行，產(chǎn)物脫酸后經(jīng)反復(fù)水洗至中性，再進(jìn)行脫水，制得可膨脹石墨。 3 結(jié)論 用高錳酸鉀，硫酸，硝酸作氧化劑，三氯化鐵作插入劑，可制得低硫可膨脹石墨[¨，在一定條件下，將可膨脹石墨制成柔性石墨試片，含硫量低，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗氧化性能。