一种氧化石墨烯改性煤沥青制备高性能石墨的方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化石墨烯改性煤沥青制备高性能石墨的方法，属于石墨制备技术领域，解决氧化石墨烯在改性煤沥青过程中分散困难、效率低的技术问题，同时解决炭制品经多次浸渍引起的密度不均匀的技术问题，解决方案为：以煤沥青为原料，氧化石墨烯为改性剂，酒精等有机溶剂为球磨介质，先将氧化石墨烯在酒精中超声分散后，再经过混合球磨脱除介质溶剂后，制备成氧化石墨烯改性煤沥青；通过初步热处理，将所得改性煤沥青制备成低温处理焦；将上述低温处理焦破碎后制备成压粉，经成型、炭化、石墨化等工艺，最终制备成高性能石墨制品。本发明专利技术原料来源广泛，工艺简单，便于制备孔隙率低、密度高、机械强度高和石墨化度高的特种石墨。机械强度高和石墨化度高的特种石墨。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯改性煤沥青制备高性能石墨的方法


[0001]本专利技术属于石墨制备
，具体涉及一种氧化石墨烯改性煤沥青制备高性能石墨的方法。

技术介绍

[0002]石墨烯由于其独特的原子排列和成键方式，因而具有优良的热物理性能，并具有广阔的应用前景。近年来，石墨烯作为一种有效的改性添加剂被广泛的应用于石油沥青、混合沥青以及煤沥青的改性，一定程度上改善了石墨电极和碳纤维等制品的热物理性能。氧化石墨烯具备较好的稳定性，不仅能保持石墨烯晶格形式，而且表面上存在大量含氧功能团，能较好地参与和促进化学反应。目前添加氧化石墨烯的方法简单，容易引起石墨烯的团聚，造成分布不均，所以需改进氧化石墨烯的加入方式。
[0003]当今，石墨材料已经广泛应用，但科技的发展，人们对石墨性能的要求进一步提高，因此产生了特种石墨的需求。例如：冶炼高纯金属或高纯非金属材料用的石墨坩锅、石墨舟皿等，对石墨的纯度和热物理性能就提出了更高的要求。所以，发展高性能特种石墨、提高特种石墨对不同行业需要的满足性是当前特种石墨工作者的当务之急。
[0004]传统石墨的制备方法主要是以骨料焦为原料，沥青为粘结剂，经过一系列复杂的工艺，最终完成石墨材料的制备。这种工艺流程经过近百年的发展，虽然设备已经趋于完善、工艺趋于成熟，但是受工艺限制，石墨制品的均一性、高密性及稳定性都很难保证。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，一方面，解决氧化石墨烯在改性煤沥青过程中分散困难、效率低的技术问题，另一方面，解决炭制品经多次浸渍引起的密度不均匀的技术问题，本专利技术提供一种氧化石墨烯改性煤沥青制备高性能石墨的方法。
[0006]本专利技术的设计构思为：采用氧化石墨烯按比例加入酒精超声分散后，再和破碎后煤沥青一起加入球磨罐，再加入球磨介质，经过球磨处理，通过不断的碰撞产生大量新的表界面，通过表面官能团的相互吸附，能使得氧化石墨烯均匀的分散在煤沥青中。本专利技术将氧化石墨烯改性煤沥青原理与低温处理焦制备石墨工艺引入到特种石墨的制备当中，两种工艺有机结合，起到了相互促进的作用，从而为石墨制品性能的提升提供了可靠的保障。
[0007]本专利技术的技术方案为：一种氧化石墨烯改性煤沥青制备高性能石墨的方法，该方法以煤沥青为原料，氧化石墨烯为改性剂，酒精等有机溶剂为球磨介质，先将氧化石墨烯在酒精中超声分散后，再经过混合球磨脱除介质溶剂后，制备成氧化石墨烯改性煤沥青；通过初步热处理，将所得改性煤沥青制备成低温处理焦；将上述低温处理焦破碎后制备成压粉，经成型、炭化、石墨化等工艺，最终制备成高性能石墨制品。
[0008]本专利技术的制备方法具体包括如下步骤：S1、首先，将煤沥青破碎至粒度为60-200目；然后，将浓度为12.5mg/ml的氧化石墨烯溶液加入无水乙醇溶液中制得分散液，氧化石墨烯溶液与无水乙醇溶液的体积比为1:5~10，
分散液中氧化石墨烯的重量占分散液总重量的0.01-0.1wt.％，分散液超声强化分散；最后，将破碎后的煤沥青、分散后的混合物料以及球磨介质加入球磨罐中进行球磨，球料比为1:1，物料和球磨介质比为1:3，且物料和球磨介质的总体积占球磨罐罐体体积的1/3~2/3，球磨时间为8-60h；S2、将步骤S1球磨后的物料取出烘干，烘干温度为40-100℃，时间为24h，制得氧化石墨烯改性煤沥青；S3、将步骤S2制得的氧化石墨烯改性煤沥青加入高压反应釜，高压反应釜以1~5℃/min的升温速率加热至370~440℃后保温0.5~3h，高压反应釜中压力为1~4MPa，然后随反应釜冷却到室温，制得低温处理焦；S4、将步骤S3制得的低温处理焦破碎至1~10μm，压制成型后制得生坯；S5、将步骤S4压制成型后的生坯进行炭化处理，升温速率为5~20℃/h，最终炭化温度为850~1050℃，保温0.5~2h，制得炭制品；S6、将步骤S5制得的炭制品进行石墨化处理，升温速率为5~20℃/min，最终石墨化温度为2300~2800℃，恒温时间为0.5~1h，随炉冷却至室温，制得高性能石墨。
[0009]进一步地，在所述步骤S1中，煤沥青的软化点为80-270℃。
[0010]进一步地，在所述步骤S1中，煤沥青的残炭值为50-85%，挥发份为20-70%，灰分≤0.1wt％。
[0011]进一步地，在所述步骤S1中，超声强化分散的超声频率为40KHz，超声时间为20~60min。
[0012]进一步地，在所述步骤S1中，球磨介质为水、酒精、甲苯或者四氢呋喃中的一种或几种的混合物。
[0013]进一步地，在所述步骤S3中，高压反应釜升温前先抽真空，然后通入氮气保压，高压反应釜初始压力为0.5~2MPa。
[0014]进一步地，在所述步骤S4中，破碎的方法采用球磨或气流粉碎方法。
[0015]进一步地，在所述步骤S4中，压制成型为模压成型或等静压成型，压制成型压力为50-180MPa。
[0016]与现有技术相比本专利技术的有益效果为：本专利技术利用氧化石墨烯通过按比例加入酒精超声分散后，再和破碎后煤沥青一起加入球磨罐，并加入球磨介质后，经过球磨处理，利用湿法球磨增大氧化石墨烯和沥青粉的表面活性能，使氧化石墨烯表面的官能团和煤沥青相互吸附，而且还能起到物料的破碎和粒度的均化作用，最终使得氧化石墨烯充分均匀分散在煤沥青中；此外，随着碳化温度的升高，少量的氧化石墨烯能促进中间相的生成，有助于微晶结构的排布；低温处理焦工艺中较大的炭化收缩比使氧化石墨烯促进周围更多的沥青质焦化和石墨化，起到强化基体的作用。本专利技术原料来源广泛，工艺简单，便于制备孔隙率低、密度高、机械强度高和石墨化度高的特种石墨。
具体实施方式
[0017]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件。另外，对于本领域技术人员而言，在不偏离本专利技术的实质和范围的前
提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种修改或改进，均属于本专利技术要求保护的范围。
[0018]实施例1一种氧化石墨烯改性煤沥青制备高性能石墨的方法，包括以下步骤：S1、首先，将煤沥青破碎至粒度为60目，煤沥青软化点为113℃，残炭值56%，挥发分56.7%，灰分≤0.1wt％；然后，将浓度为12.5mg/ml的氧化石墨烯溶液加入无水乙醇溶液中制得分散液，氧化石墨烯溶液与无水乙醇溶液的体积比为1:5，分散液中氧化石墨烯的重量占分散液总重量的0.01wt.％，分散液超声强化分散，超声强化分散的超声频率为40KHz，超声时间为20min；最后，将破碎后的煤沥青、分散后的混合物料以及球磨介质加入球磨罐中进行球磨，球料比为1:1，物料和球磨介质比为1:3，且物料和球磨介质的总体积占球磨罐罐体体积的1/3~2/3，球磨时间为8h；S2、将步骤S1球磨后的物料取出烘干，烘干温度为50℃，时间为24h，制得氧化石墨烯改性煤沥青；S3、将步骤S2制得的氧化石墨烯改性煤沥青加入高压反应釜，高压反应釜先抽真空30min，然后通入氮气保压，高压反应釜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯改性煤沥青制备高性能石墨的方法，其特征在于包括以下步骤：S1、首先，将煤沥青破碎至粒度为60-200目；然后，将浓度为12.5mg/ml的氧化石墨烯溶液加入无水乙醇溶液中制得分散液，氧化石墨烯溶液与无水乙醇溶液的体积比为1:5~10，分散液中氧化石墨烯的重量占分散液总重量的0.01-0.1wt.％，分散液超声强化分散；最后，将破碎后的煤沥青、分散后的混合物料以及球磨介质加入球磨罐中进行球磨，球料比为1:1，物料和球磨介质比为1:3，且物料和球磨介质的总体积占球磨罐罐体体积的1/3~2/3，球磨时间为8-60h；S2、将步骤S1球磨后的物料取出烘干，烘干温度为40-100℃，时间为24h，制得氧化石墨烯改性煤沥青；S3、将步骤S2制得的氧化石墨烯改性煤沥青加入高压反应釜，高压反应釜以1~5℃/min的升温速率加热至370~440℃后保温0.5~3h，高压反应釜中压力为1~4MPa，然后随反应釜冷却到室温，制得低温处理焦；S4、将步骤S3制得的低温处理焦破碎至1~10μm，压制成型后制得生坯；S5、将步骤S4压制成型后的生坯进行炭化处理，升温速率为5~20℃/h，最终炭化温度为850~1050℃，保温0.5~2h，制得炭制品；S6、将步骤S5制得的炭制品进行石墨化处理，升温速率为5~20℃/min，最终石墨化温度为2300~2800℃，恒温时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘占军，刘犇，赵红超，张东卿，闫曦，连鹏飞，张俊鹏，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：