文档介绍：膨胀石墨电泳制备工艺的研究

(理学院材料科学与工程系材料科学与工程专业陈亮)
(学号:1999143238)

内容提要:膨胀石墨的传统制备工艺一般采用浓硫酸、浓硝酸以及适量的添加剂(高锰
酸钾、三氯化铁、重络酸钾等)浸泡处理,经水洗、烘干后高温膨化。此方法制备出的膨胀
石墨的含硫、含氮量都很高。较高的含硫含氮量不仅影响了其自身的性能,而且用它制成柔
性石墨作密封材料时其残余的硫酸根或含硫的化合物易腐蚀金属表面。
为了解决传统工艺存在的问题,本文提出了膨胀石墨电泳法制备工艺并对该工艺进行了
较为系统的研究。研究结果表明,电泳工艺可制备出膨胀石墨。对工艺参数的研究发现,通
过改变混酸中浓硝酸与乙酸酐的混合比以及电流强度,膨胀石墨的性质发生了改变。在电泳
工艺中,随着电流强度的增强以及浓硝酸的含量增大,石墨的膨胀倍数、表面积增大,其松
装密度减小。其中采用酸混合比为 1∶ 5,电流强度为 180 毫安的电泳工艺参数制得的膨胀
石墨的膨胀倍数达到 177 倍,其比表面积达到。
关键词:膨胀石墨电泳酸混合比电流强度
教师点评:该生在“挑战杯”期间就开始了对膨胀石墨的研究工作,本文采用镍板作电
极,利用电泳的方法制备了膨胀石墨,制备出的产品具有无硫低氮的效果,方法新颖,具有
很高的实用价值。论文条理清晰,实验安排合理,结论明确可靠。(点评教师:曾燮榕教授)
第一章资料综述
1963 年美国联合碳化物公司首先制出柔性石墨,并于 1968 年在原子核工业上试制成功。
膨胀石墨是柔性石墨的中间产物,呈疏松多孔的蠕虫状,具有优良的隔绝密封性能。膨胀石
墨在压制或扎制时,蠕虫之间相互嗤合,从而压制成石墨卷材或板材,即为柔性石墨。膨胀
石墨的表面活性很高,因而具有良好的吸附性,在环保,医药卫生等领域有较好的发展前景
[1]。
石墨层间化合物(GIC)是将异类原子,分子或离子插入石墨层间,同时不破坏石墨的
二维网状结构而形成的一类化合物。将 GIC 快速升温,插层剂就会迅速气化,能够克服石
墨层间的范德华力,从而使石墨产生几十甚至几百倍的膨胀,成为膨胀石墨(又称为石墨蠕
虫)[2]。
膨胀石墨的性能[3]
膨胀石墨是一种新型无机材料,它与石墨均为六方晶系,不仅具备了天然石墨的特性,
而且具有以下良好特性:
(1) 耐高低温:在非氧化介质或惰性气体中,在— 200℃~2500℃范围内使用时,高温
不软化,低温不变脆,尤其不因压力和温度交变或受震动,而出现密封失效。
(2) 耐腐蚀性:在很宽的使用温度,压力和时间范围内,与介质不发生化学反应,对
大多数无机酸、碱和盐类都适用。
(3) 不渗透性:对气体和液体介质均有优良的不渗透性。
(4) 自润性:在外力作用下,容易沿平面层轴的方向产生相对滑移,形成自润滑性并
有低的摩擦系数。
(5) 耐辐射性:对α—β—γ和中子射线的长期辐照不发生老化。
(6) 回弹性:直接加压制成的各种不同形状的制品,在厚度方面有 10%~70%的回弹
性。
(7) 柔软性:由于本身有许多特殊的单元结构,只要用较小的紧固压力,就可以达到
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良好的自粘性。
(8) 氧化性小:与其他传统密封材料相比,膨胀石墨的氧化温度是很高,氧化速度也
更小,在 500℃空气中,制品的失重速度为克/时·厘米 2。
(9) 表面活性:由于表面自由能迅速增加,表面活性增强,有强的吸附性,在不加任
何粘合剂就可直接压制成各种制品。
(10) 吸附性:极强的吸附性能,不会造成环境的二次污染,是一种环境友好物质[1]。
(11) 协调性:生态环境协调性、生物相溶性,无毒,不含任何致癌物。
膨胀石墨的应用前景与发展趋势
膨胀石墨在环保方面的应用[1]
环境污染是目前社会经济发展中存在的严重问题,并影响到人类的生存环境,对环境的
处理在目前世界范围内备受关注。对炭素材料之膨胀石墨吸附性能的研究是近年来国内对炭
素材料研究的一个前沿热点。膨胀石墨对有机高分子的吸附具有良好的吸附性能。众所周知,
膨胀石墨是一种优良的水中油类吸附剂。溢油污染是海洋污染中最为引人注目的一种油污
染,溢油主要来自船舶作业和船舶事故,特别是油船事故以及石油平台,贮油和输油设施等
偶发性事故。
世界油船事故溢油每年 40 万吨。据统计从 1956-1980 年,100 吨以上溢油事故约 101
起;从 1980-1983 年,一次溢油量在 100 万加仑以上的事故共 42 次。我国在 1974-1984 年
期间发生的 100 吨以上溢油事故 19