一種無硫納米石墨的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于石墨材料領(lǐng)域，具體涉及一種無硫納米石墨的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨是碳元素在特定高溫條件下結(jié)晶的產(chǎn)物，一般可分為天然石墨和人造石墨，其中根據(jù)結(jié)晶形態(tài)的不同，天然石墨可分為三類，即鱗片石墨、塊狀石墨和土狀石墨。石墨具有耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，在摩擦磨損材料、儲(chǔ)能材料、保溫隔熱材料、高導(dǎo)熱材料等方面有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]由于天然鱗片石墨層上基團(tuán)少，且具有很大的粘結(jié)性，容易成團(tuán)，難以均勻分散，一般需要對(duì)天然鱗片石墨進(jìn)行改性處理。早期的處理方法是用濃硫酸、氯化鉀和發(fā)煙硫酸氧化石墨，但是這種方法很容易引起爆炸。后來有人提出用濃硫酸、高錳酸鉀和濃硝酸氧化石墨。隨后又出現(xiàn)了通過濃硫酸和硝酸浸泡，硫的氧化物作為插層物質(zhì)進(jìn)入石墨的片層中，形成石墨插層復(fù)合物，該石墨插層復(fù)合物通過瞬間高溫膨脹從而得到疏松、多孔的膨脹石墨。該方法制備的膨脹石墨不僅具有天然石墨本身的耐熱、耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、自潤(rùn)滑等優(yōu)良特性，而且還具有天然石墨不具備的輕質(zhì)、柔軟、可壓縮、回彈等性能。因此，用膨脹石墨壓制成的各種帶、板、片材廣泛用作石油、化工、電力、冶金、機(jī)械等行業(yè)中。但是由于目前制備膨脹石墨多采用易于插層的硫酸做插層劑，導(dǎo)致膨脹石墨中的硫含量較高，從而限制了石墨制品在水處理、密封材料等行業(yè)中的應(yīng)用。為了解決上述問題，科技工作者作了相關(guān)研究。
[0004]如公開號(hào)為CN102491310A的專利文獻(xiàn)公開了一種細(xì)鱗片無硫可膨脹石墨的制備方法，該技術(shù)方案是采用粒徑小于150μπι的細(xì)鱗片石墨作為原料，以濃硝酸作為插層劑，高錳酸鉀為氧化劑，在0°C~60°C反應(yīng)30?120min，然后在950°C的馬弗爐中膨化得到可膨脹石墨。該方法采用濃硝酸作為插層劑，從而制得無硫膨脹石墨，但是該方法制得的無硫膨脹石墨在基體中易團(tuán)聚，分散性不好，同時(shí)比表面積小，不適于作為水處理材料使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法制備的膨脹石墨中硫含量高、比表面積小的問題，提供一種無硫納米石墨的制備方法，采用該方法制備的無硫納米石墨粒徑小，比表面積大，同時(shí)本發(fā)明還提供了無硫納米石墨用于吸附去除苯酚的方法。
[0006]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:一種無硫納米石墨的制備方法，包括以下步驟:
(1)將高錳酸鉀、天然鱗片石墨及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%?72%的高氯酸，按質(zhì)量比3?5:1:7?9混合均勻后，進(jìn)行反應(yīng)；
(2)將反應(yīng)完的混合液過濾、濾渣用水洗滌至洗液pH為6.5?7.5，再干燥得到無硫可膨脹石墨；
(3)將無硫可膨脹石墨通過微波膨化，得到無硫膨脹石墨；
(4)將無硫膨脹石墨與無水乙醇混合，經(jīng)超聲波粉碎后過濾，濾渣干燥后即得無硫納米石墨。
[0007]本發(fā)明以高氯酸作為氧化劑和插層劑，制得無硫可膨脹石墨，再通過微波膨化、超聲波粉碎，得到無硫納米石墨，本發(fā)明制得的無硫納米石墨片層結(jié)構(gòu)完整，分散性好，無團(tuán)聚現(xiàn)象，適于作為處理廢水的吸附材料。
[0008]作為優(yōu)選，所述步驟(I)高錳酸鉀、天然鱗片石墨及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%?72%的高氯酸的質(zhì)量比為4:1:8。
[0009]作為優(yōu)選，所述步驟(I)反應(yīng)溫度為30°C~40°C，反應(yīng)時(shí)間為40?50min。
[0010]作為優(yōu)選，所述步驟(3)微波功率為700?900W，膨化時(shí)間為10~30s。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟(4)超聲波功率為400?500W，粉碎時(shí)間為12?14h。
[0012]作為優(yōu)選，所述步驟(4)無硫膨脹石墨與無水乙醇的質(zhì)量比為1:800?1200。
[0013]采用以上方法制備的無硫納米石墨用于吸附去除苯酚的方法，包括以下步驟:將含苯酚的廢水PH調(diào)至6.5-7.5,然后加入無硫納米石墨進(jìn)行紊流接觸吸附，即可對(duì)苯酚進(jìn)行吸附去除。
[0014]作為優(yōu)選，所述無硫納米石墨與苯酚的質(zhì)量比為I?3:1。
[0015]作為優(yōu)選，所述紊流接觸吸附時(shí)間為I?2h。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用高氯酸作為氧化劑和插層劑，結(jié)合微波膨化、超聲波粉碎，制得的無硫納米石墨片層結(jié)構(gòu)完整，分散性好，無團(tuán)聚現(xiàn)象，而且粒徑小，比表面積大，對(duì)廢水中的苯酚有良好的吸附作用。
【附圖說明】
[0017]圖1是天然鱗片石墨的掃描電鏡圖；
圖2是實(shí)施例2制備的無硫膨脹石墨的掃描電鏡圖；
圖3是實(shí)施例2制備的無硫納米石墨的掃描電鏡圖；
圖4是天然鱗片石墨、實(shí)施例2制備的無硫膨脹石墨和無硫納米石墨的XRD衍射譜圖；
圖5是天然鱗片石墨、實(shí)施例2制備的無硫膨脹石墨和無硫納米石墨的紅外光譜圖；
圖6是實(shí)施例2制備的無硫納米石墨濃度為100mg/L、溫度為25°C的吸附等溫線圖；
圖7是實(shí)施例2制備的無硫納米石墨吸附動(dòng)力學(xué)曲線圖；
圖8是實(shí)施例2制備的無硫納米石墨對(duì)苯酚的吸附效果圖。
[0018]圖中:NG為天然鱗片石墨，EG為無硫膨脹石墨，nano-G為無硫納米石墨。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0020]本發(fā)明所采用的原料和設(shè)備若非特指，均可從市場(chǎng)購(gòu)得或是本領(lǐng)域常用的，實(shí)施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0021]實(shí)施例1
一種無硫納米石墨的制備方法，包括以下步驟:
(1)將質(zhì)量比為3:1:7的高錳酸鉀、天然鱗片石墨、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%的高氯酸混合均勻后，在30°C恒溫水浴振蕩條件下，反應(yīng)40min，再室溫靜置3h;
(2)將步驟(I)中的混合液過濾，濾渣用水洗滌至洗液pH為6.5，再將濾渣置于烘箱中，在70°C下烘干5h，得到無硫可膨脹石墨；
(3)將得到的無硫可膨脹石墨置于微波加熱器中加熱10s，得到無硫膨脹石墨，微波功率為700W;
(4)將得到的無硫膨脹石墨與無水乙醇按質(zhì)量比1:800混合均勻后，置于超聲波粉碎機(jī)中超聲粉碎12h，超聲波功率為400W，超聲粉碎結(jié)束后，將混合物過濾，濾渣在70°C烘箱中烘干，即得無硫納米石墨。
[0022]將上述方法制備的無硫納米石墨用于吸附去除水中的苯酚，方法如下:將苯酚濃度為40mg/L的廢水調(diào)節(jié)pH至6.5，然后加入40mg/L的無硫納米石墨進(jìn)行紊流接觸吸附，吸附I h即完成苯酸的去除，無硫納米石墨對(duì)苯酸的吸附量約為136.7mg/g。
[0023]實(shí)施例2
一種無硫納米石墨的制備方法，包括以下步驟:
(1)將質(zhì)量比為4:1:8的高錳酸鉀、天然鱗片石墨、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的高氯酸混合均勻后，在35°C恒溫水浴振蕩條件下，反應(yīng)45min，再靜置3h;
(2)將步驟(I)中的混合液過濾，濾渣用水洗滌至洗液pH為7.0，再將濾渣置于烘箱中，在80°C下烘干6h，得到無硫可膨脹石墨；
(3)將得到的無硫可膨脹石墨置于微波加熱器中加熱20s，得到無硫膨脹石墨，微波功率為800W;
(4)將得到的無硫膨脹石墨與無水乙醇按質(zhì)量比1:1000混合均勻后，置于超聲波粉碎機(jī)中超聲粉碎13h，超聲波功率為450W，超聲粉碎結(jié)束后，將混合物過濾，濾渣在80°C烘箱中烘干，即得無硫納米石墨。
[0024]將上述方法制備的無硫納米石墨用于吸附去除水中的苯酚，方法如下:將苯酚濃度為50mg/L的廢水調(diào)節(jié)pH至7.0，然后加入100mg/L的無硫納米石墨進(jìn)行紊流接觸吸附，吸附2h即完成苯酚的去除，無硫納米石墨對(duì)苯酚的吸附量約為140.6mg/g。
[0025]實(shí)施例3
一種無硫納米石墨的制備方法，包括以下步驟:
(1)將質(zhì)量比為3:1:9的高錳酸鉀、天然鱗片石墨、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72%的高氯酸混合均勻后，在40°C恒溫水浴振蕩條件下，反應(yīng)50min，再靜置3.5h;
(2)將步驟(I)中的混合液過濾，濾渣用水洗滌至洗液pH為7.5，再將濾渣置于烘箱中，在90°C下烘干7h，得到無硫可膨脹石墨；
(3)將得到的無硫可膨脹石墨置于微波加熱器中加熱30s，得到無硫膨脹石墨，微波功率為900W;
(4)將得到的無硫膨脹石墨與無水乙醇按質(zhì)量比1:12