一種高純度高細度石墨粉的製備方法
2023-05-30 18:21:16
一種高純度高細度石墨粉的製備方法
【專利摘要】本發明揭示了一種高純度高細度石墨粉的製備方法，包括如下步驟：在室溫下，使用頻率為10*1018-85*1018Hz的γ射線對石墨粉原料進行照射，持續時間為1-2個小時；將上述步驟處理後得到的石墨粉原料進行研磨粉碎，得到高純度高細度石墨粉。本發明的有益效果為：採用特定頻率的射線輻照後的石墨粉，其分子間的範德華力被破壞，可大大減少研磨的次數；則不易引入研磨雜質，達到了製備高純度石墨粉的要求；製備方法簡單實用，可製備粒徑小於2微米的石墨粉。
【專利說明】一種高純度高細度石墨粉的製備方法
[0001]本發明 是:申請號為201110294365.6，申請日為2011.9.27，名稱為「高純度高細
度石墨粉的製備方法及應用」的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種高純度高細度粉末的加工方法，尤其涉及一種高純度高細度石墨粉的製備方法。
【背景技術】
[0003]超細石墨粉體材料是八十年代中期才開始發展起來的一種高新技術材料，它的用途十分廣泛，可應用於油墨、靜電碳粉、塗料、纖維、塑料、橡膠、電極等領域。現代化工業生產中，製備超細石墨粉的常用方法是機械球磨法和氣流粉碎法。然而，機械球磨法的缺點是能耗大、效率低，用此法生產出來的石墨粉的粒徑一般不會低於10微米，並且在石墨粉中易混入雜質，因此，用機械球魔法粉碎的石墨粉體通常只能應用在一些對純度、粒徑要求不高的場合；氣流粉碎法的缺點是很難將石墨粉體粉碎至亞微米級，用此方法生產出來的石墨粉的粒徑一般也只能達到10微米以下、6微米以上的水平。
[0004]專利200910069675.0公布了一種提高石墨材料石墨化程度的方法:將石墨材料置於6ciCo的Y射線輻照源室內，在Y射線輻照劑量率為0.6X IO3 Gy/h~6X IO3 Gy/h，輻照齊?量為IXIO5 GrexiO6 Gy的條件下對石墨材料進行Y射線輻照。本發明提供的用於提高石墨材料石墨化程度的方法是利用Y射線粒子能量高、穿透力強的特點在石墨材料的內部引發活性點，使該活性點與材料周圍的介質發生反應；同時利用Y射線提供的能量在石墨材料內部的缺陷處產生碳自由基，碳自由基之間又會形成更為穩定的化學鍵，從而使石墨內部缺陷處的結構發生重排而形成更加穩定的結構，結果促使石墨晶片的間距變小，微晶尺寸增大，因此石墨化程度提聞，進而提聞了石墨材料的導電性能。
[0005]專利200810068381.1公布了一種石墨粉的製備方法及設備:要解決的技術問題是提高石墨粉的純度，降低成本。本發明的方法包括以下步驟:將原料微粉經真空輸送裝入石墨坩堝，放入石墨化爐中，熱處理，冷卻，得到石墨粉產品。石墨粉的製備設備由順序連接的真空輸送裝置、石墨化爐和真空出料裝置構成，石墨化爐中放置有石墨坩堝，石墨化爐連接有充氣系統。本發明與現有技術相比，對原料微粉經真空輸送裝入石墨坩堝，減少處理過程中雜質的進入，熱處理後產品純度大大提高，石墨化均勻，產品一致性好，提高粉體材料的石墨化熱處理效率，工藝簡單、成本低。然而此方法的步驟過於複雜，操作難度較大，且成本較高。
[0006]對於高能輻射處理對C-C鍵的影響現有技術中也有一些提示:(I)陳惠元、丁鍾敏等人在《現代紡織技術》2007年第I期的《輻射變性澱粉在紡織上漿中的應用》一文中提示「通過Y粒子的高能輻射，將澱粉大分子中的C-C鍵、C-O鍵和C-H鍵打斷」;(2)廖聰、張小平在《工程塑料應用》2006年第11期的《聚四氟乙烯廢料回收利用研究進展》一文中提示「經高能(β射線、Y射線、高速電子)輻照後PTFE主要發生C-C鍵斷裂」。(3)Menghe Miao等人於2011年7月23日在《carbon》雜誌中的《伽馬射線對碳碳鍵的作用》一文中提出:「由Skakalova進行的拉曼光譜分析顯示，受到伽馬射線輻射的單壁碳納米管格柵廣欄在空氣中引起了 D/G比率明顯變化，這是單壁碳納米管上存在斷裂的碳碳鍵的一個表現。他們認為在伽馬射線下，單壁碳納米管上的碳碳鍵斷裂，因此一旦缺陷的濃度升高，新鍵重新形成，這就使得相鄰的碳納米管連接起來」。
【發明內容】
[0007]鑑於上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提出一種粒徑極小的高純度石墨粉的製備方法。
[0008]本發明的目的，將通過以下技術方案得以實現:一種高純度高細度石墨粉的製備方法，包括如下步驟:
a)在室溫下，使用頻率為10*1018-85 *10 18 Hz的、射線對石墨粉原料進行照射，持續時間為1-2個小時；
b)將步驟a)處理後得到的石墨原料進行研磨粉碎。
[0009]優選的，還包括如下步驟:
c)將所述步驟b)得到的石墨粉進行溼磨；
d)將經所述步驟c )溼磨後的石墨粉進行水洗、或酸洗、或鹼洗、或有機溶劑洗。
[0010]e)進一步研磨粉碎，對高純度石墨粉的粒子進行整形，得到高純度高細度石墨粉。
[0011]優選的，步驟b)和步驟e)中所述研磨粉碎採用機械研磨粉碎方法、或等離子粉碎方法、超聲粉碎方法、電弧法粉碎方法、爆炸法粉碎方法，所述機械研磨粉碎方法採用機械研磨機或氣流研磨機進行粉碎。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
(1)採用特定頻率的射線輻照後的石墨粉，其分子間的範德華力被破壞，可大大減少研磨的次數；則不易引入研磨雜質，達到了製備高純度石墨粉的要求；
(2)製備方法簡單實用，可製備粒徑小於2微米的石墨粉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是實施例一中所得石墨粉的粒徑分布圖；
圖2是實施例二中所得石墨粉的粒徑分布圖；
圖3a、圖3b分別為實施例一和實施例二的石墨粉的電鏡圖；
圖4a、圖4b分別為與實施例一和實施例二相同研磨粉碎條件下研磨粉碎得到的石墨粉的電鏡圖，且不經過任何的射線照射處理。
【具體實施方式】
[0014]實施例一
本實施例中的高純度石墨粉的製備方法具體包括如下步驟:
a)在室溫下，使用頻率為10*1018的Y射線對石墨粉原料進行照射，持續時間為2個小時；
b)使用氣流磨對完成了步驟a)的石墨粉原料進行粉碎；眾所周知，石墨晶胞是由碳原子六角網狀平面疊合而成，每個六角網狀平面呈六方板狀，頻率為10*10 18的Y射線照射石墨粉原料後，其分子間的範德華力被破壞，打破了石墨晶胞間的結構，使之成為鬆散的和更多的六方板狀的材料，從而更易被研磨；
c)使用高純度的水對完成了步驟b)的石墨粉原料進行常規的溼磨；
d)對完成了步驟c)的石墨粉原料進行酸洗，從而去除混入石墨粉體中的金屬雜質，所使用的酸液可以為鹽酸、硫酸或者硝酸等；然後，再用純水衝洗除去多餘的酸液，當然也可以水洗、或鹼洗、或有機溶劑洗等；
e)進一步研磨粉碎，對高純度石墨粉的粒子進行整形。
[0015]圖1所示為使用本實施例中製得的高純度石墨粉的粒徑分布圖，由圖可知，用本發明製得的石墨粉粒徑可達到2微米以內。
[0016]當然，實施例中的步驟b)可被省略，從而對完成了步驟a)的石墨粉原料直接進行步驟c)及其以下的步驟；步驟a)和步驟b)亦可多次、循環進行，包括顛倒循環，即先對石墨粉原料進行氣流磨粉碎或幹磨粉碎，然後再用Y射線或者電子束等射線對所述石墨粉原料進行照射，循環；當然，如果為天然石墨粉原料，亦可僅僅執行步驟a)和步驟b)即可。
[0017]實施例二
本實施例中的高純度石墨粉的製備方法具體包括如下步驟:使用頻率為85*10 18的Y射線對石墨粉原料進行照射，持續時間為2個小時；其它步驟同實施例一相同，在此不再贅述。
[0018]圖2所示為使用本實施例中製得的高純度石墨粉的粒徑分布圖，由圖可知，用本發明製得的石墨粉粒徑可達到2微米以內。
[0019]米用實施例一和二中揭不的相關頻率的Y射線對石墨粉原料進彳丁照射，持續時間為I個小時，亦可達到如圖1和圖2中揭示的石墨粉的粒徑分布圖，由於其製備方法和實驗結果與實施例一和二均相同，因此在此不再贅述。
[0020]本發明的各實施例中的石墨粉原料也可以用焦粉、炭黑、煤粉、活性炭等替代，這樣通過本發明的方法即可得到相應的高純度粉末。本發明中的技術所生產的石墨粉(膨脹物)或碳粉(包括石油焦、浙青焦、高純度煤粉、針狀焦、高碳的焦炭及以上物質的高溫煅燒物、膨脹物)可用於塗料、塑料、橡膠、纖維、保溫棉、電源和電池的製備。
[0021]需要說明的是，本發明中採用特定頻率射線照射石墨粉原料的步驟主要是在破壞其分子間的範德華力，使之能更容易地被研磨，提高石墨材料的粉碎性能。具體結合圖3a-圖3b揭示的經過Y射線照射後再進行研磨和圖4a_圖4b揭示的未經過Y射線照射直接進行研磨的粒徑對比圖，說明採用相同的研磨條件後的粒徑大小。
[0022]例如:圖3a中的石墨粒子的製備過程為:a)在室溫下，使用頻率為10*10 18的Y射線對石墨粉原料進行照射，持續時間為2個小時；b)採用氣流磨，研磨條件:高速氣流(400m/s)、8公斤氣壓、10立方氣體；得到的圖3a中的石墨粒子的粒徑為2um(D90)，產量為每小時22公斤。相對應的，圖4a中的石墨粒子的製備過程為採用氣流磨，研磨條件:高速氣流(400m/s)、8公斤 氣壓、10立方氣體；得到的圖4a中的石墨粒子的粒徑為IOum (D90),產量為每小時18公斤。
[0023]同樣的，圖3b為第二批次的部分石墨粉末先經過第二實施例的頻率為85*10 18的Y射線照射2個小時後再進行研磨粉碎後得到的石墨粒子的電鏡圖，圖4b為第二批次的部分石墨粉末直接進行研磨粉碎後得到的石墨粒子的電鏡圖。兩者採用相同的研磨條件:氣流磨，高速氣流(400m/s)、8公斤氣壓、10立方氣體。相應的，圖3b中的石墨粒子的粒徑為2um (D90)，產量為每小時22公斤。圖4b中的石墨粒子的粒徑為IOum (D90)，產量為每小時18公斤。
[0024]由上述所有的電鏡圖中得出，經過特定頻率的Y射線照射後再進行研磨粉碎後得到的石墨粒子一般在2 um以內，而且石墨粒子外表圓潤，可不需進行整形處理；而直接進行研磨粉碎後得到的石墨粒子一般在IOum左右，而且石墨粒子外表尖銳，排序混亂。因此可以驗證特定頻率的Y射線照射對於石墨粒子研磨粉碎的有效性，而現有技術的石墨化過程中的射線照射石墨粉原料的步驟主要是在提高石墨材料的導電性能，而且現有技術中都沒有任何的提示射線照射石墨粉原料可提高石墨材料的粉碎性能。因此本發明取得了意想不到的效果。
[0025]本發明尚有多種實施方式，例如Y射線也可以打斷類碳碳鍵(例如矽、硒等)、CH鍵，其分子間的範德華力被破壞，所以此類元素形成的粉末原料同樣也可以通過本發明的方法得到高純度粉末。所述研磨粉碎除了採用機械研磨粉碎方法、還可以採用等離子粉碎方法、超聲粉碎方法、電弧法粉碎方法、爆炸法粉碎方法等。凡採用等同變換或者等效變換而形成的所有 技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種高純度高細度石墨粉的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: a)在室溫下，使用頻率為10*1018-85 *10 18 Hz的、射線對石墨粉原料進行照射，持續時間為1-2個小時； b)將步驟a)處理後得到的石墨原料進行研磨粉碎。
2.根據權利要求1所述的一種高純度高細度石墨粉的製備方法，其特徵在於，還包括如下步驟: c)將所述步驟b)得到的石墨粉進行溼磨； d)將經所述步驟c)溼磨後的石墨粉進行水洗、或酸洗、或鹼洗、或有機溶劑洗。
3.根據權利要求2所述的一種高純度高細度石墨粉的製備方法，其特徵在於，還包括如下步驟:e)進一步研磨粉碎，對高純度石墨粉的粒子進行整形，得到高純度高細度石墨粉。
4.根據權利要求3所述的一種高純度高細度石墨粉的製備方法，其特徵在於:步驟b)和步驟e)中所述研磨粉碎採用機械研磨粉碎方法、或等離子粉碎方法、超聲粉碎方法、電弧法粉碎方法、爆炸法粉碎方法，所述機械研磨粉碎方法採用機械研磨機或氣流研磨機進行粉碎。
【文檔編號】C01B31/04GK103964420SQ201410154430
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2011年9月27日 優先權日:2011年9月27日
【發明者】王宏曉 申請人:王宏曉