做為一種新型功能性碳素材料,膨脹石墨(Expanded Graphite,簡稱EG)是由天然石墨鱗片經(jīng)插層、水洗、干燥、高溫膨化得到的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質(zhì)。EG 除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優(yōu)良性能以外,還具有天然石墨所沒有的柔軟、壓縮回彈性、吸附性、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性、生物相容性、耐輻射性等特性。 早在19世紀(jì)60年代初,Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學(xué)試劑作用后加熱,發(fā)現(xiàn)了膨脹石墨,然而其應(yīng)用則在百年之后才開始。從此,眾多國家就相繼展開了膨脹石墨的研究和開發(fā),取得了重大的科研突破。
特性
①極強(qiáng)的耐壓性、柔韌性、可塑性和自潤滑性;
②極強(qiáng)的抗高、低溫、抗腐蝕、抗輻射特性;
③極強(qiáng)的抗震特性;
④極強(qiáng)的電導(dǎo)率;
⑤極強(qiáng)的抗老化、抗扭曲的特性;
⑥可以抵制各種金屬的熔化及滲透;
⑦無害、不含任何有害物質(zhì),對環(huán)境沒有危害;
可膨脹性石墨薄片的膨脹特性不同于其他膨脹劑,受熱達(dá)到一定溫度時(shí),由于吸留在層間點(diǎn)陣中化合物分解,可膨脹石墨便開始膨脹,稱為起始膨脹溫度,在1000℃時(shí)膨脹完全,達(dá)到最大體積。膨脹體積可以達(dá)到初始時(shí)的200倍以上。膨脹后的石墨稱為膨脹石墨或石墨蠕蟲,由原鱗片狀變成密度很低的蠕蟲狀,形成了一個(gè)非常好的絕熱層。膨脹石墨既是膨脹體系中的碳源,又是絕熱層,能有效隔熱,在火災(zāi)中具有熱釋放率低,質(zhì)量損失小,產(chǎn)生的煙氣少的特點(diǎn)。
優(yōu)點(diǎn)
與其它吸附劑相比,膨脹石墨有許多優(yōu)點(diǎn)。如采用活性炭進(jìn)行水上除油,它吸附油后會下沉,吸附量也小,且不易再生利用;還有一些吸附劑,如棉花、草灰、聚丙烯纖維、珍珠巖、蛭石等,它們在吸油的同時(shí)也吸水,這給后處理帶來困難;膨脹石墨對油類的吸附量大,吸油后浮于水面,易捕撈回收,再生利用處理簡便,可采用擠壓、離心分離、振動、溶劑清洗、燃燒、加熱萃取等法,且不會形成二次污染。
應(yīng)用現(xiàn)狀
由于膨脹石墨不僅保留了天然石墨的耐高溫、耐腐蝕、耐輻射、導(dǎo)電性等優(yōu)良性質(zhì),而且還具有許多特有的優(yōu)良性能,例如柔軟性、回彈性、自粘性、不滲透性、吸附性和低密度等特性,所以在石油、化工、原子能、電力,制藥等方面的應(yīng)用尤為廣泛。隨著科技進(jìn)步和高科技的開發(fā),膨脹石墨這種新的工程材料,在高速、耐腐蝕、耐磨和節(jié)能等高新領(lǐng)域中,逐步取代了某些金屬材料和有機(jī)合成材料。
環(huán)保領(lǐng)域
膨脹石墨有疏水性和親油性,可以在水中有選擇性地除去非水性的溶液,如從海上、河流、湖泊中除去浮油。膨脹石墨在吸油時(shí)能形成一定的纏繞空間,可儲存遠(yuǎn)大于其總孔容的油類物質(zhì)。吸附大量油后可集結(jié)成塊,浮在液面,便于收集,并可再生處理,循環(huán)使用。由于膨脹石墨基本由純碳組成,無毒和具有化學(xué)惰性,所以在水中不會造成二次污染。此外,膨脹石墨還可用于工業(yè)廢水乳狀液除油以及除去可溶于油的物質(zhì),如農(nóng)藥等,并對許多其他有機(jī)或無機(jī)有害成分有良好的吸附效果。除了可在液相中進(jìn)行選擇性吸附,膨脹石墨對工業(yè)廢氣及汽車尾氣所產(chǎn)生的大氣污染主要成分如SOx和NOx也有一定的脫除效果。
王魯寧等將膨脹石墨用于處理毛紡廠印染廢水,靜態(tài)條件下,廢水中化學(xué)需氧量(COD)的平均去除率達(dá)到了40%,色度平均降低40%?,F(xiàn)場應(yīng)用時(shí),廢水中COD的平均去除率達(dá)到20%,色度平均降低20%。現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)表明,膨脹石墨在毛紡印染廢水的處理中有其獨(dú)特的應(yīng)用前景。
密封材料
膨脹石墨可后處理成柔性石墨作為密封材料使用。與傳統(tǒng)密封材料(如石棉、橡膠、纖維素及其復(fù)合材料)相比,柔性石墨可用溫度范圍較寬,在空氣中可用范圍在-200℃-450℃,在真空或還原性氣氛中可到3000℃,且熱膨脹系數(shù)小,在低溫下不發(fā)脆、不炸裂,在高溫下不軟化、不蠕變,因而被冠以“密封王”的美譽(yù),目前已廣泛應(yīng)用于石油化工、機(jī)械、冶金、原子能等行業(yè)。
生物醫(yī)學(xué)
膨脹石墨有良好的生物相容性、不含毒、無味、無副作用等特點(diǎn),是一類非常重要的生物醫(yī)學(xué)材料。
高能電池材料
在可充鋅錳電池的鋅陽極中添加膨脹石墨可以減小鋅陽極充電時(shí)的極化,增強(qiáng)電極及電解液導(dǎo)電性,抑制枝晶形成,并能提供良好的成型特性,抑制陽極溶解和變形,延長電池壽命。另外鋰可以通過氣、液、固態(tài)及鋰鹽電解法與石墨形成GICs,這種GICs具有較低的電極電位和良好的嵌脫可逆性。
相變儲熱材料
相變儲熱材料的導(dǎo)熱性能不好,換熱性能差,影響其儲能和釋能效率。同時(shí)復(fù)合相變材料中多孔介質(zhì)的孔隙率較小,內(nèi)含相變材料少,導(dǎo)致其儲能量低,這些缺點(diǎn)都限制了該材料的應(yīng)用和發(fā)展。膨脹石墨豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)熱性能,可以很好的彌補(bǔ)這些缺陷。
張正國等直接將膨脹石墨吸附石蠟,制備出了粉末狀的石蠟/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料,并對石蠟/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料的儲、放熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)石蠟質(zhì)量含量為85.6%時(shí),復(fù)合相變儲熱材料的儲、放熱時(shí)間分別比石蠟縮短了27.4%和56.4%,且復(fù)合相變儲熱材料具有很好的循環(huán)性能熱穩(wěn)定性。
防火安全材料
國外已于機(jī)艙座椅的夾層中添加部分可膨脹石墨,或?qū)⑵渲瞥煞阑鹈芊鈼l、防火堵料、阻火圈等,一旦起火迅速膨脹,堵塞火災(zāi)蔓延通道,達(dá)到滅火目的。此外,將可膨脹石墨的細(xì)顆粒加入到普通涂料中,可制得效果較好的阻燃防靜電涂料。
膨脹石墨板材具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能,電熱轉(zhuǎn)換率97%以上,且能產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線,是一種新型發(fā)熱材料。膨脹石墨粉碎成微粉,對紅外波有很強(qiáng)的散射吸收特性,是很好的紅外屏蔽(隱身)材料。將可膨脹石墨制成煙火藥,瞬間爆炸形成膨脹石墨并分散在預(yù)定空域形成氣溶膠干擾云團(tuán)煙幕劑。此外,膨脹石墨還可用作隔熱保溫、隔音材料、電磁屏蔽元件、催化材料。
靈壽縣運(yùn)誠礦產(chǎn)品加工廠
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