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60年代初,Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學試劑作用后加熱,發(fā)現(xiàn)了膨脹石墨,然而其應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極強的耐壓性、柔韌性、可塑性和自潤滑性;
②極強的抗高、低溫、抗腐蝕、抗輻射特性;
③極強的抗震特性;
④極強的電導率;
⑤極強的抗老化、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,受熱達到一定溫度時,由于吸留在層間點陣中化合物分解,可膨脹石墨便開始膨脹,稱為起始膨脹溫度,在1000℃時膨脹完全,達到最大體積。膨脹體積可以達到初始時的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,在火災中具有熱釋放率低,質(zhì)量損失小,產(chǎn)生的煙氣少的特點。
優(yōu)點
與其它吸附劑相比,膨脹石墨有許多優(yōu)點。如采用活性炭進行水上除油,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,制藥等方面的應用尤為廣泛。隨著科技進步和高科技的開發(fā),膨脹石墨這種新的工程材料,在高速、耐腐蝕、耐磨和節(jié)能等高新領域中,逐步取代了某些金屬材料和有機合成材料。
環(huán)保領域
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。膨脹石墨在吸油時能形成一定的纏繞空間,可儲存遠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,并對許多其他有機或無機有害成分有良好的吸附效果。除了可在液相中進行選擇性吸附,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,廢水中化學需氧量(COD)的平均去除率達到了40%,色度平均降低40%?,F(xiàn)場應用時,廢水中COD的平均去除率達到20%,色度平均降低20%。現(xiàn)場實驗表明,膨脹石墨在毛紡印染廢水的處理中有其獨特的應用前景。
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,目前已廣泛應用于石油化工、機械、冶金、原子能等行業(yè)。
生物醫(yī)學
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,是一類非常重要的生物醫(yī)學材料。
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的極化,增強電極及電解液導電性,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
相變儲熱材料的導熱性能不好,換熱性能差,影響其儲能和釋能效率。同時復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,導致其儲能量低,這些缺點都限制了該材料的應用和發(fā)展。膨脹石墨豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、高導熱性能,可以很好的彌補這些缺陷。
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/膨脹石墨復合相變儲熱材料,并對石蠟/膨脹石墨復合相變儲熱材料的儲、放熱性能進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明,當石蠟質(zhì)量含量為85.6%時,復合相變儲熱材料的儲、放熱時間分別比石蠟縮短了27.4%和56.4%,且復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,堵塞火災蔓延通道,達到滅火目的。此外,將可膨脹石墨的細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電導熱性能,電熱轉(zhuǎn)換率97%以上,且能產(chǎn)生遠紅外線,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定空域形成氣溶膠干擾云團煙幕劑。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。
靈壽縣運誠礦產(chǎn)品加工廠
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