膨脹石墨
| 膨脹石墨 |
作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插層、水洗、乾燥、高溫膨化得到的一種疏鬆多孔的蠕蟲狀物質。EG 除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優良性能以外，還具有天然石墨所沒有的柔軟、壓縮回彈性、吸附性、生態環境協調性、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後加熱，發現了膨脹石墨，然而其應用則在百年之後才開始。從此，眾多國家就相繼展開了膨脹石墨的研究和開發，取得了重大的科研突破。膨脹石墨遇高溫可瞬間體積膨脹150~300倍，由片狀變為蠕蟲狀，從而結構鬆散，多孔而彎曲，表面積擴大、表面能提高、吸附鱗片石墨力增強，蠕蟲狀石墨之間可自行嵌合，這樣增加了它的柔軟性、回彈性和可塑性。
目錄
簡介
石墨晶體是兩向大分子層狀結構，每一平面內的C原子都以C一C共價鍵相結合，層與層之間以較弱的范德華力相結合。石墨的層狀結構十分典型，每一層片是一個碳原子層，層內碳原子之間以sp2雜化軌道成很強的共價鍵，即1個2s電子和2個2p電子雜化等價的雜化軌道，位於同一平面上，互相形成σ鍵，而二個未參加雜化的2P電子則垂直於平面，形成二鍵π。石墨的這種層狀結構使得層間存在一定的空隙。因此在一定條件下，某些反應物(如酸、鹼、鹵素)的原子(或單個分子)即可進入層間空隙，並與碳網平面形成層間化合物。這種插有層間化合物的石墨即為可膨脹石墨。碳原子層間以很弱的范德華力相聯繫，這種結構允許插層物質能夠順利地進入碳原層間而不破壞碳原子層內的六角網狀結構，因此天然石墨是製備石墨插層化合物最好的母體材料。可膨脹石墨是一種利用物理或化學的方法使非碳質反應物插入石墨層間，與炭素的六角網絡平面結合的同時又保持了石墨層狀結構的晶體化合物。它不僅保持石墨優異的理化性質，而且由於插入物質與石墨層的相互作用而呈現出原有石墨及插層物質不具備的新性能。插有層間化合物的石墨在遇到高溫時，層間化合物將分解，產生一種沿石墨層間C軸方向的推力，這個推力遠大於石墨粒子的層間結合力，在這個推力的作用下石墨層間被推開，從而使石墨粒子沿C軸方向高倍地膨脹，形成蠕蟲狀的膨脹石墨l2]。石墨層與層之間可「嵌」入化學物質而具有可膨脹性。如可採用硫酸處理石墨，乾燥後石墨在高溫下膨脹，這是由於硫酸分子「嵌」入石墨層所致。
評價
可膨脹性石墨薄片的膨脹特性不同於其他膨脹劑，受熱達到一定溫度時，由於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。膨脹後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，質量損失小，產生的煙氣少的特點。但是從現有的文獻中可以查知，膨脹石墨是一種性能優良的吸附劑，尤其是它具有疏鬆多孔結構，對有機化合物具有強大的吸附能力，1 g膨脹石墨可吸附80 g石油，於是膨脹石墨就被設計成各種工業油脂和工業油料的吸附劑。膨脹石墨極易吸附油類、有機分子及疏水性物質，用於水環保處理有着其它物質不可替代的效果。當它以粒狀形式用於水面除油時，根據水面上油麵積的大小以及油種類的不同，其用量為1～lo% /rn ，吸附時間可在15rain至數h不等。 [1]