一种无硫纳米石墨的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无硫纳米石墨的制备方法，包括以下步骤：（1）将高锰酸钾、天然鳞片石墨及质量分数为68%~72%的高氯酸，按质量比3~5:1:7~9混合均匀后，进行反应；（2）将反应完的混合液过滤，滤渣用水洗涤至洗液pH为6.5~7.5，再干燥得到无硫可膨胀石墨；（3）将无硫可膨胀石墨通过微波膨化，得到无硫膨胀石墨；（4）将无硫膨胀石墨与无水乙醇混合，经超声波粉碎后过滤，滤渣干燥后即得无硫纳米石墨。本发明专利技术采用高氯酸作为氧化剂和插层剂，结合微波膨化、超声粉碎，制得的无硫纳米石墨片层结构完整，分散性好，无团聚现象，粒径小，比表面积大，对废水中的苯酚有良好的吸附作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石墨材料领域，具体涉及一种无硫纳米石墨的制备方法。
技术介绍
石墨是碳元素在特定高温条件下结晶的产物，一般可分为天然石墨和人造石墨，其中根据结晶形态的不同，天然石墨可分为三类，即鳞片石墨、块状石墨和土状石墨。石墨具有耐高温、耐腐蚀、导电性好等优点，在摩擦磨损材料、储能材料、保温隔热材料、高导热材料等方面有着广泛的应用。由于天然鳞片石墨层上基团少，且具有很大的粘结性，容易成团，难以均匀分散，一般需要对天然鳞片石墨进行改性处理。早期的处理方法是用浓硫酸、氯化钾和发烟硫酸氧化石墨，但是这种方法很容易引起爆炸。后来有人提出用浓硫酸、高锰酸钾和浓硝酸氧化石墨。随后又出现了通过浓硫酸和硝酸浸泡，硫的氧化物作为插层物质进入石墨的片层中，形成石墨插层复合物，该石墨插层复合物通过瞬间高温膨胀从而得到疏松、多孔的膨胀石墨。该方法制备的膨胀石墨不仅具有天然石墨本身的耐热、耐腐蚀、导电、导热、自润滑等优良特性，而且还具有天然石墨不具备的轻质、柔软、可压缩、回弹等性能。因此，用膨胀石墨压制成的各种带、板、片材广泛用作石油、化工、电力、冶金、机械等行业中。但是由于目前制备膨胀石墨多采用易于插层的硫酸做插层剂，导致膨胀石墨中的硫含量较高，从而限制了石墨制品在水处理、密封材料等行业中的应用。为了解决上述问题，科技工作者作了相关研究。如公开号为CN102491310A的专利文献公开了一种细鳞片无硫可膨胀石墨的制备方法，该技术方案是采用粒径小于150μm的细鳞片石墨作为原料，以浓硝酸作为插层剂，高锰酸钾为氧化剂，在0℃~60℃反应30~120min，然后在950℃的马弗炉中膨化得到可膨胀石墨。该方法采用浓硝酸作为插层剂，从而制得无硫膨胀石墨，但是该方法制得的无硫膨胀石墨在基体中易团聚，分散性不好，同时比表面积小，不适于作为水处理材料使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有方法制备的膨胀石墨中硫含量高、比表面积小的问题，提供一种无硫纳米石墨的制备方法，采用该方法制备的无硫纳米石墨粒径小，比表面积大，同时本专利技术还提供了无硫纳米石墨用于吸附去除苯酚的方法。本专利技术的具体技术方案为：一种无硫纳米石墨的制备方法，包括以下步骤：（1）将高锰酸钾、天然鳞片石墨及质量分数为68%~72%的高氯酸，按质量比3~5:1:7~9混合均匀后，进行反应；（2）将反应完的混合液过滤、滤渣用水洗涤至洗液pH为6.5~7.5，再干燥得到无硫可膨胀石墨；（3）将无硫可膨胀石墨通过微波膨化，得到无硫膨胀石墨；（4）将无硫膨胀石墨与无水乙醇混合，经超声波粉碎后过滤，滤渣干燥后即得无硫纳米石墨。本专利技术以高氯酸作为氧化剂和插层剂，制得无硫可膨胀石墨，再通过微波膨化、超声波粉碎，得到无硫纳米石墨，本专利技术制得的无硫纳米石墨片层结构完整，分散性好，无团聚现象，适于作为处理废水的吸附材料。作为优选，所述步骤（1）高锰酸钾、天然鳞片石墨及质量分数为68%~72%的高氯酸的质量比为4:1:8。作为优选，所述步骤（1）反应温度为30℃~40℃，反应时间为40~50min。作为优选，所述步骤（3）微波功率为700~900W，膨化时间为10~30s。作为优选，所述步骤（4）超声波功率为400~500W，粉碎时间为12~14h。作为优选，所述步骤（4）无硫膨胀石墨与无水乙醇的质量比为1:800~1200。采用以上方法制备的无硫纳米石墨用于吸附去除苯酚的方法，包括以下步骤：将含苯酚的废水pH调至6.5~7.5，然后加入无硫纳米石墨进行紊流接触吸附，即可对苯酚进行吸附去除。作为优选，所述无硫纳米石墨与苯酚的质量比为1~3:1。作为优选，所述紊流接触吸附时间为1~2h。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用高氯酸作为氧化剂和插层剂，结合微波膨化、超声波粉碎，制得的无硫纳米石墨片层结构完整，分散性好，无团聚现象，而且粒径小，比表面积大，对废水中的苯酚有良好的吸附作用。附图说明图1是天然鳞片石墨的扫描电镜图；图2是实施例2制备的无硫膨胀石墨的扫描电镜图；图3是实施例2制备的无硫纳米石墨的扫描电镜图；图4是天然鳞片石墨、实施例2制备的无硫膨胀石墨和无硫纳米石墨的XRD衍射谱图；图5是天然鳞片石墨、实施例2制备的无硫膨胀石墨和无硫纳米石墨的红外光谱图；图6是实施例2制备的无硫纳米石墨浓度为100mg/L、温度为25℃的吸附等温线图；图7是实施例2制备的无硫纳米石墨吸附动力学曲线图；图8是实施例2制备的无硫纳米石墨对苯酚的吸附效果图。图中：NG为天然鳞片石墨，EG为无硫膨胀石墨，nano-G为无硫纳米石墨。具体实施方式下面通过具体实施例，对本专利技术的技术方案做进一步说明。本专利技术所采用的原料和设备若非特指，均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。实施例1一种无硫纳米石墨的制备方法，包括以下步骤：（1）将质量比为3:1:7的高锰酸钾、天然鳞片石墨、质量分数为68%的高氯酸混合均匀后，在30℃恒温水浴振荡条件下，反应40min，再室温静置3h；（2）将步骤（1）中的混合液过滤，滤渣用水洗涤至洗液pH为6.5，再将滤渣置于烘箱中，在70℃下烘干5h，得到无硫可膨胀石墨；（3）将得到的无硫可膨胀石墨置于微波加热器中加热10s，得到无硫膨胀石墨，微波功率为700W；（4）将得到的无硫膨胀石墨与无水乙醇按质量比1:800混合均匀后，置于超声波粉碎机中超声粉碎12h，超声波功率为400W，超声粉碎结束后，将混合物过滤，滤渣在70℃烘箱中烘干，即得无硫纳米石墨。将上述方法制备的无硫纳米石墨用于吸附去除水中的苯酚，方法如下：将苯酚浓度为40mg/L的废水调节pH至6.5，然后加入40mg/L的无硫纳米石墨进行紊流接触吸附，吸附1h即完成苯酚的去除，无硫纳米石墨对苯酚的吸附量约为136.7mg/g。实施例2一种无硫纳米石墨的制备方法，包括以下步骤：（1）将质量比为4:1:8的高锰酸钾、天然鳞片石墨、质量分数为70%的高氯酸混合均匀后，在35℃恒温水浴振荡条件下，反应45min，再静置3h；（2）将步骤（1）中的混合液过滤，滤渣用水洗涤至洗液pH为7.0，再将滤渣置于烘箱中，在80℃下烘干6h，得到无硫可膨胀石墨；（3）将得到的无硫可膨胀石墨置于微波加热器中加热20s，得到无硫膨胀石墨，微波功率为800W；（4）将得到的无硫膨胀石墨与无水乙醇按质量比1:1000混合均匀后，置于超声波粉碎机中超声粉碎13h，超声波功率为450W，超声粉碎结束后，将混合物过滤，滤渣在80℃烘箱中烘干，即得无硫纳米石墨。将上述方法制备的无硫纳米石墨用于吸附去除水中的苯酚，方法如下：将苯酚浓度为50mg/L的废水调节pH至7.0，然后加入100mg/L的无硫纳米石墨进行紊流接触吸附，吸附2h即完成苯酚的去本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无硫纳米石墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将高锰酸钾、天然鳞片石墨及质量分数为68%~72%的高氯酸，按质量比3~5:1:7~9混合均匀后，进行反应；（2）将反应完的混合液过滤，滤渣用水洗涤至洗液pH为6.5~7.5，再干燥得到无硫可膨胀石墨；（3）将无硫可膨胀石墨通过微波膨化，得到无硫膨胀石墨；（4）将无硫膨胀石墨与无水乙醇混合，经超声波粉碎后过滤，滤渣干燥后即得无硫纳米石墨。

【技术特征摘要】
1.一种无硫纳米石墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将高锰酸钾、天然鳞片石墨及质量分数为68%~72%的高氯酸，按质量比3~5:1:7~9混合均匀后，进行反应；
（2）将反应完的混合液过滤，滤渣用水洗涤至洗液pH为6.5~7.5，再干燥得到无硫可膨胀石墨；
（3）将无硫可膨胀石墨通过微波膨化，得到无硫膨胀石墨；
（4）将无硫膨胀石墨与无水乙醇混合，经超声波粉碎后过滤，滤渣干燥后即得无硫纳米石墨。
2.根据权利要求1所述的一种无硫纳米石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）高锰酸钾、天然鳞片石墨、质量分数为68%~72%的高氯酸的质量比为4:1:8。
3.根据权利要求1所述的一种无硫纳米石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）反应温度为30℃~40℃，反应时间为40~50min。
4.根据权利要求1所述的一种无硫纳米石墨的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天一，赵志伟，刘杰，梁志杰，师杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军后勤工程学院，
类型：发明
国别省市：重庆;85