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硫酸插层的可膨胀石墨的重要质量指标之一是其残硫含

时间:2019-12-17 查看:121
内容摘要:图I膨胀石墨挥发分与膨胀容积(1)、残硫續(2)的关系示意图 本研究根据CICs理论,利用氧化和插人的相互关系,设计出控温混合方法和装置,加大氧化强 度,在H202 - H2S04体系中加人过置的双氧水.防止了 H2S04分解,成功地实现超量与H2S04 的均匀混合,使比02...
图I膨胀石墨挥发分与膨胀容积(1)、残硫續(2)的关系示意图
本研究根据CICs理论,利用氧化和插人的相互关系,设计出控温混合方法和装置,加大氧化强 度,在H202 - H2S04体系中加人过置的双氧水.防止了 H2S04分解,成功地实现超量与H2S04 的均匀混合,使比02与^304共插入,从而制备出合格的低硫优质可膨胀石墨,这一技术国内外尚 未见报道。
在研究制备优质可膨胀石墨的过程中,还发明了电化学阳极氧化方法控制氧化/插人过程-电化学 法不用氧化剂,而是将石墨置于电化学反应室阳极侧,利用阳极氧化作用促使H2S04的插层反应。其 优点在于通电即反应,断电即反应终止。可以用通断电及反应电压、电流、电量来控制氧化/插层过可膨胀石墨是以GICs的插层剂在髙温快速加热时气化,使石墨G〖CS中产生巨大内压从而使石墨颗粒 层间胀开,在C轴方向膨胀儿十至几百倍而得到的产品。绝大多数GICs都具有可膨胀性,但综合考 虑,采用硫酸插层的札504-〇(^用作可膨胀石墨最经济,所以工程上也称酸化石墨。
硫酸插层的可膨胀石墨的重要质量指标之一是其残硫含量,硫是有害元素,会影响到柔性石墨等 后续产品的质量。决定残硫含量的是硫酸氧化-插层过程及插入量。普通可膨胀石墨9〇〇-lOOOt膨胀 后,残硫含量丨300父10_6~2000><10_6。技术关键是降硫。根据〇1(^理论,一是利用氧化剂的共插层 作用,减少H2S04的插人,二是设计降低挥发分即残留插层的^504量的方法来降硫。实际上氧化剂 丰身也是一种插层剂,与H2S04是共同插人的关系,氧化性越强,共插人过程越强。氧化剂的强弱可 由氧化剂的标准电极电位进行判定,如表1所示:
表1不同氧化剂的标准电极电位
由表1可见,纯过氧化氢是强氧化剂。采用H202 -H2S04的插层系统,还可避免其他氧化 剂系统对石墨及环境造成的氮氧化物、金属离子残留引起的二次污染。
这就需要加大氧化强度,提高札02的加入量但是H:02与H2S04混合的强烈放热效应使H202 部分分解,大于10%的加人M很难实现。
图1为挥发分(主要是残留h:so4)与膨胀倍率、残硫量的关系图。普通膨胀石墨挥发分为10% ~ 15%,如果控制在5%-10%之间,残硫就可降到800 xl(T6以下,膨胀容积大于160 mL/gc降低挥 发分的关键是H202共插人,这样可以减少H2S04的插入量。
程,从而控制插人量,获得优质可膨胀石墨。而且应用电化学阳极氧化法还可以使用化学法无法插层 的有机酸等插层剂,从而制备核能所需的超低硫、无硫可膨胀石墨。电化学阳极氧化法,国外有过报 道,但因电化学反应的不均勻,没有工业应用。本研究的发明解决了关键技术,设计并制造了均匀电 场的电化学反应器,实现了工业化生产(此项技术曾获1993年国家发明三等奖)。
(二)GICs的氧化-插层过程控制技术:合成石墨基电磁波吸收材料
本研究利用控制G1CS的氧化-插层过程的技术,还开发了用作电磁波吸收(隐身)材料的MC1,- GICs及复合膨胀石墨。根据测试结果,制备的GICs对红外波的质量消光系数比常用烟幕剂的质量消 光系数大4倍至40倍。制备的复合膨胀石墨对雷达波的衰减远大于常规干扰剂。不同阶数氯化物GICs 及不同比例混合氯化物GICs的制备正是利用本项目的氧化/插层过程控制技术实现的,以筛选最优消 光性能的GICs。复合膨胀石墨的制备则是应用下述项目的插层/脱插过程控制技术,根据基本方程, 引人火药的爆炸温度与时间参量进行动力学计算,得到膨胀效果参照选择与雷达波耦合的可膨胀石墨。 应用这些技术,设计并制造了对红外、激光、雷达波均有优良屏蔽效果的宽波段光电干扰弹的原理弹。 实弹发射的动态试验中,红外、激光、雷达波遮蔽效果显著,其中对红外、激光完全屏蔽达15 min以 上(图4)。此项技术已经获得发明专利《一种用于电磁屏蔽的石墨基复合材料的制备方法》(专利号 CN021241392)。