多功能碳材料的制备及新工艺路线的研究

摘要

在工业生产上，按鳞片石墨尺寸的大小可将其划分为50目、80目和-100目三种规格的鳞片石墨。其中-100目鳞片石墨的含碳量相对来说是比较低的，不利于制备出大膨胀体积的多功能碳材料，尽管它的原料价格非常低，但是也很少有厂家愿意去利用，所以工业生产上几乎把-100目鳞片石墨视为丢弃物。而50目和80目的天然鳞片石墨都是含碳量均比较高的，很容易制备出大膨胀体积的多功能碳材料，因此在工业生产上有很重要的应用价值。但是目前，多功能碳材料的生产成本较高，制备过程中的洗涤用水被全部排放掉，很浪费水资源，对环境的污染也很严重。　　 本论文以含碳量较低的、廉价的-100目的鳞片石墨为原材料，采用化学氧化法和超声波法制备出了较大膨胀体积的多功能碳材料（又称石墨层间化合物 Graphite Intercalation Compounds，GIC）。这将工业上很少有人使用的-100目鳞片石墨原料进行了有效的利用，为多功能碳材料的生产提供了生产技术，更重要的是节约了生产多功能碳材料的原料成本。　　 本论文还将现有的制备多功能碳材料的生产工艺路线进行了改进。现有的制备多功能碳材料的生产工艺路线与我们改进后的新工艺路线的两大不同点为:现有的生产工艺路线是一次性投料，而新工艺路线是将原料分次分批的投入；现有的工艺路线的洗涤用水是没有被再利用的，而新工艺路线的洗涤用水是被重复利用的。因此制备多功能碳材料的新工艺路线的优点我们可以看到：首先，新工艺路线是在原有生产工艺路线的基础上进行的改进，不会增加生产设备的投入；其次，将洗涤用水进行重复利用，节约了生产成本，节约了水资源；再次，减少了含酸废水的排放量，降低了对环境的污染程度。　　 本论文的研究工作可以被分成以下几个方面：　　 1、分别以-100目、80目鳞片石墨为原料，采用化学氧化法和超声波法制备了多功能碳材料。　　 2、对以-100鳞片石墨为原料的制备多功能碳材料的反应条件的优化及探索。　　 3、对现有的制备多功能碳材料的生产工艺路线进行改进，降低生产成本，节约水资源，降低含酸废水对环境的污染程度。　　 4、采用扫描电镜、透射电镜、X衍射等方法对制备出的多功能碳材料进行表征，并分析它们的内部结构、外观形貌和相关性能。　　 5、进一步优化制备多功能碳材料的条件，对新工艺路线的更多的探究与展望。