膨胀石墨材料的研究进展及其应用综述

陈文亮 滕东晓 马元 那平

摘   要：本文从膨胀石墨的插层与膨胀制备工艺出发阐述了其制备原理方法及特点，根据膨胀石墨所具有的耐高低温、导电导热，强吸附性、粘结性、压缩回弹性、密封性等特点，综述了其在环保、医学、密封阻燃材料等方面的应用现状，重点介绍了其作为油类物质吸附材料的原理及研究应用现状，剖析了目前膨胀石墨在吸附材料领域开发及应用过程中的一些不足，提出了今后膨胀石墨在该领域研究的主要发展趋势。

关键词：膨胀石墨  吸附  应用  研究进展  油类物质

中图分类号：TQ127.11                             文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）02（c）-0111-04

Abstract： In this paper， the preparation methods and application of the expanded graphite were introduced. First， the usual intercalation and expansion technologies were summarized， and then based on the high and low temperature resistance， electrical and thermal conductivity， high adsorption property， cohesiveness， resilience and resilient property， sealing charateristics， the applications of expanded graphite in environmental protection， medicine， sealing material and fire retardant areas were reviewed， and its application and mechanism for the oil adsorption were introduced detailed especially. In the last， the application problem of expanded graphite were introduced and analyzed， and its future development trend was proposed.

Key Words： Expanded graphite; Adsorption; Preparation technology; Application;Oil

1  背景

膨胀石墨是鳞片石墨经过深加工，形成的具有多孔、高比表面的蠕虫状碳材料[1-2]（图1），是碳材料中公认的最具有使用价值及应用前景的产品之一。膨胀石墨保持了石墨材料的微观分子结构，因此膨胀石墨材料具有耐高低溫、耐腐蚀和自润滑等多种优良性能，同时由于膨胀石墨质量轻、孔隙多、质地柔软，因此还具有吸附性、压缩回弹性和密封性等新的性能。目前膨胀石墨已经在环境保护、电力、化工催化、机械、军工等领域中得到了广泛应用[3-8]。

膨胀石墨的制备及应用技术一直是国内外研究热点。本文通过文献调研，综述了近几年膨胀石墨制备技术的研究进展，并介绍了该材料在油类吸附领域的诸多应用。

2  制备方法

膨胀石墨来源于天然鳞片石墨，制作工艺主要包括插层、水洗、干燥、高温膨胀处理等。其中插层和高温膨胀工艺最为关键，插层的目的是制备石墨层间化合物（GICs），然后将其进一步膨胀处理即可制得膨胀石墨。本文主要对膨胀石墨制备工艺中常用到的插层及膨胀方法简单介绍。

2.1 插层方法

2.1.1 化学氧化法

在鳞片石墨体系中通入Cl2，然后高温处理，鳞片石墨在此环境下将迅速氧化，并直接膨胀为膨胀石墨。但由于该方法反应条件苛刻，而且会产生污染环境的废气，难以处理，因此实际已很少采用。

目前多采用H2SO4、KMnO4、K2Cr2O7等作氧化剂，替代Cl2的作用。H2SO4氧化法使用浓HNO3+H2SO4工艺体系，虽然工艺简单但酸用量大，而且制备过程中工艺参数难以控制，导致插入物在层间分布不均，产品质量的稳定性差[4]，该方法产生氮氧化物同样对环境产生污染;KMnO4或K2Cr2O7氧化法可在常温下操作，但该工艺中产物灰分产生量大，作为固废难以处理，或处理成本较高[9-12]。

2.1.2 电化学氧化法

电化学氧化法是在电解槽中加入浓H2SO4和鳞片石墨，搅拌、混匀，并接通直流电，通过电流产生的电场力作用达到生成层间化合物的目的。因此该法优点为可常温状态下，间断式单槽生产或者连续生产，但该方法使用完后的废酸难以处置，环境污染严重[13-15]。

2.1.3 超声氧化法

该方法的原理为：在电化学氧化工艺中，对电解液进行超声波振动，利用超声波快速振动产生的极化作用，加快阳极氧化速率，缩短反应时间，可以达到提高生产效率，节约能源的效果[16，17]。

2.1.4 气相扩散法

气相扩散法首先将插层物和鳞片石墨分别置于真空密封管的两端，通过加热插层物端，利用密封管两端的温差形成压差，使插层物以小分子状态进入鳞片石墨层间制得石墨层间化合物。气相扩散法生产膨胀石墨的优点为阶层数目可精确控制，缺点为生产批量小，导致时间成本较高[18-20]。