膨脹石墨制備及其吸油性能測試介紹

　　收縮石墨是一種疏松多孔的炭質吸附資料，其孔構造多為中、大型孔，對水中的腐殖酸、致癌物質CHCl3、有機分子、生物大分子 等具有很好的吸附功用，使其在催化、醫藥、電子特別是液相吸附范疇具有很大的應用前景。在液相吸附中它親疏水，是一種很有出路的肅清水面油污染的環保資料。

　　收縮石墨普通是經過在具有層狀構造的自然鱗片石墨層間停止化學氧化插層反響，而制得的，以濃H2SO4、H2O2停止一次化學氧化插層反響，常常收縮體積較低，影響產物的吸附性能，不能滿足實踐應用需求。本文在前人工作根底上，采用二次氧化劑(濃HNO3、KmnO4)進步收縮體積，調查了二次氧化劑品種及用量對收縮體積的影響，并測定了不同收縮體積收縮石墨對柴油的吸附性能。

　　1實驗

　　1.1原料與試劑

　　自然鱗片石墨(99%，粒度50目，青島海達石墨有限公司);濃硫酸(98%)、濃硝酸(65%~68%)、雙氧水(30%)，均為剖析純;高錳酸鉀，化學純。

　　1. 2收縮石墨制備及表征

　　室溫下，取一定量的鱗片石墨置于燒杯中，先將雙氧水漸漸參加到石墨中，然后再將濃硫酸參加混合料中，用玻璃棒攪勻，經過1h的氧化浸漬后，將插層后的石墨水洗至中性，60℃烘干，即得可收縮石墨。將可收縮石墨在1000℃下膨化(約10s)，即得收縮石墨。

　　為進步收縮體積，采用二次氧化劑，在石墨經預氧化浸漬后，添加二次氧化劑(高錳酸鉀或濃硫酸)，再水洗、烘干、膨化即可。

　　收縮體積的測定如下：先稱取一定質量的可收縮石墨，置于帶有刻度的坩鍋中，然后于1000℃下膨化，記載膨化后刻度。

　　收縮石墨制備過程中顯微構造的變化，采用JXA-840A型掃描電鏡察看。

　　1.3吸油性能測試

　　在鋪有定量濾紙的玻璃漏斗中參加一定量的吸附劑，待吸附油料浸沒30min.然后靜置直至油料不再滴下，60℃烘干1h后稱量此時吸附劑和濾紙的總質量。依據空白實驗(不加吸附劑)結果計算吸附量。

　　2結果與討論

　　2.1濃硫酸用量對收縮體積的影響

　　依據文獻材料，肯定石墨與雙氧水的質量配比為1：0.12,固定反響時間(90min)及反響溫度(25℃)，改動濃硫酸的用量，測得收縮石墨的收縮體積(表1)

　　表1 濃硫酸用量對收縮體積的影響

　　由表1可看出，當石墨：濃硫酸質量比控制在1：3.5時收縮體積最大，由于過多的濃硫酸可能會產生過氧化，毀壞石墨層狀構造;反之，濃硫酸過少則可能會形成插層反響不完整。因而，只要當濃硫酸用量恰當時，石墨的收縮體積最大。

　　2.2二次氧化劑對收縮體積的影響

　　二次氧化劑可協同雙氧水加強體系夾層反響才能，從而進步石墨的收縮體積，本實驗采用濃硝酸和高錳酸鉀作為二次氧化劑。

　　在石墨預氧化浸漬60min后，稱取石墨質量1%~2%的高錳酸鉀參加其中，繼續反響30min后再水洗、烘干、膨化，添加高錳酸鉀后對石墨收縮體積的影響，見表2。

　　表2 KMnO4對收縮體積的影響

　　由表可知：高錳酸鉀可協同雙氧水加強體系夾層反響才能，使收縮體積增大20%~30%，這種步驟對實踐工業消費的現場具有重要意義。由于一旦由于操作上的偶爾要素，如雙氧水和濃硫酸的濃渡過低或其它一時不明緣由惹起的產物收縮體積降落時，則可在初始產物中添加少量高錳酸鉀彌補。

　　運用硝酸做二次氧化劑時，室溫下，將石墨和雙氧水的混合料倒入插層劑(濃硫酸)之后，參加一定量硝酸，反響30min，即能有效進步產物的收縮體積。但與高錳酸鉀不同，其用量對二次氧化效果有較大影響。硝酸用量對產物收縮體積的影響，見表3。

　　表3 硝酸用量對收縮體積的影響

　　由表3能夠看出，當石墨：濃硝酸質量比為1：0.9時，二次氧化效果最好，使石墨收縮體積由原來的150mL/g,進步近一倍，由于硝酸的運用可使HSO4充沛擴散，插層完整，在不洗之后使剩余石墨層間化合物主要位于鱗片的內部，在加溫霎時膨化是就可在石墨的片層間疾速汽化，產生很大的推進力，使其產生較大收縮體積和較大的比外表積。

　　2.3制備工藝流程

　　由化學氧化法制備收縮石墨的工藝流程如下：原料選擇→一次氧化(石墨：濃硫酸：雙氧水(質量比)=1:3.5:0.12)→二次氧化(石墨：濃硝酸(質量比)=1：0.9)→可收縮石墨→膨化→收縮石墨。

　　二次化學氧化法制備收縮石墨的工藝及設備簡單，環境污染減輕，消費周期較短，易于操作和控制，利于自動化，可完成批量消費，且工藝靈敏，調整消費配方和工藝參數可完成產品的系列化。采用二次氧化工藝，在不增加消費本錢的前提下，可較大水平的進步產品的收縮率。

　　2.4收縮石墨制備過程 的SEM表征

　　為電鏡下察看得到的自然鱗片石墨和收縮石墨(以石墨：濃硫酸：雙氧水：濃硝酸(質量比)為1:3.5:0.12:0.9制得)制備過程不同階段產物的微觀構造，圖1(a)所示是自然鱗片石墨邊緣層的片層構造，圖1(b)所示是可收縮石墨邊緣層的片狀構造。自然鱗片石墨經插層處置后仍堅持層片狀，但產生一定水平的平行縫隙，使得厚度增大，呈疏松狀，這可了解為經化學氧化插層后，由于插層劑進入層間，石墨層間距被撐大。圖1(c)顯現，經膨化處置后，石墨片層發作卷曲，呈蠕蟲構造，高收縮體積的石墨里蟲較長，以至呈ρ形，(圖1d)，這主要是可收縮石墨沿C軸扇形收縮所致。

　　2.5收縮石墨吸油性調查

　　為比擬不同收縮體積的石墨對些油的吸附量，取收縮石墨典型樣品三份，收縮體積分別為120mL/g、150 mL/g、280 mL/g，分別標為一號、二號、三號試樣，測其對柴油的吸附量，結果見表4。

　　由實驗結果可知，收縮體積大的樣品，吸油量大，反之亦然。其緣由可能是：收縮體積小的樣品由于工藝條件不佳，不能完整膨化開，所以內部孔構造不興旺，影響了它的比外表積，從而影響了它的吸油性。由此也可看出，要得到吸油性好的收縮石墨，有必要進步其收縮體積。

　　表4不同收縮體積收縮石墨的吸油量

　　表2 所示是三號收縮石墨與常用油品吸附劑(脫脂棉和粒狀活性炭)的吸油性比擬。能夠看出，收縮石墨的吸附量最大，而棉花的吸附量相對較小，粒狀活性炭最小，其緣由可能是：收縮石墨是一種疏松多孔的顆粒狀物質，堆積密度十分小，浸泡后油料滯留在顆粒內部和外表上的大、中孔空間內，可察看到收縮石墨吸附后集聚集成團塊狀，團塊的構成使石墨具有非常大的儲油空間。而棉花和活性炭在吸附過程中所能應用的吸油、儲油空間，不如收縮石墨的大，特別是粒狀活性炭本身的孔構造屬于中小孔散布，不易吸附粘度較大、分子尺寸較大的油品，而過濾堆積時所構成的滯油空間也不及收縮石墨的大，所以其總的吸附量小。經過實驗可看出，收縮石墨在油品吸附中具有很大優勢，有實踐應用價值。

　　3結論

　　以濃硫酸為插層劑、雙氧水為氧化劑，將石墨：濃硫酸：雙氧水的配比控制在1：3.5：0.12時，添加二次氧化劑可進步收縮體積，特別當二次氧化劑硝酸與石墨質量比為0.9:1,可使收縮石墨的收縮體積進步到280mL/g。

　　收縮石墨的收縮體積對其吸附性有影響，收縮體積越大其吸附量也越大;收縮石墨對柴油的吸附性與脫脂棉和活性炭相比擬，具有明顯的優越性。

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