化学氧化法制备可膨胀石墨：传统方法的优势与应用前景
可膨胀石墨是采用物理或化学方法将性质不同于石墨的异物插入石墨片中的层间化合物。膨胀石墨在高温下加热时能迅速膨胀，生成膨胀石墨。作为一种新型碳功能材料，具有许多特殊性能，可广泛应用于电极材料、石油化工、阻燃剂、吸油材料、环保、医用敷料、军用防烟剂和抗静电涂料等领域。因此，对其制备方法的研究显得尤为重要。化学氧化法
化学氧化法是制备可膨胀石墨的传统方法。该方法是将天然鳞片石墨与适量的氧化剂和插层剂混合均匀，控制在一定温度下，不断搅拌，然后经洗涤、过滤、干燥而制得可膨胀石墨。石墨。化学氧化法因其设备简单、操作方便、成本低廉等优点，已成为工业上应用较为广泛且成熟的方法。
化学氧化法的工艺步骤简单地包括氧化和插层。石墨的氧化是形成可膨胀石墨的基本条件。这是因为插层反应能否顺利进行取决于石墨层之间的开口程度。天然石墨在常温下具有优良的稳定性和耐酸碱性，因此不与酸、碱发生反应。因此，氧化剂的添加已成为化学氧化方法中不可缺少的关键组成部分。
氧化剂有很多种。常用的氧化剂有固体氧化剂（如高锰酸钾、重铬酸钾、三氧化铬、氯酸钾等），或一些氧化性液体氧化剂（如过氧化氢、硝酸等）。通过近年的研究发现，制备可膨胀石墨常用的主要氧化剂是高锰酸钾。
在氧化剂的作用下，石墨被氧化，石墨层的中性网络大分子变成带正电荷的平面大分子。由于同性正电荷的排斥作用，石墨层间的距离增大，这为插层剂顺利进入石墨层提供了通道和空间。在可膨胀石墨的制备过程中，插层剂多为酸。近年来，研究人员主要使用硫酸、硝酸、磷酸、高氯酸、混合酸和冰醋酸。
可膨胀石墨制备工艺
电化学法
电化学方法是在恒流下以插入物的水溶液为电解液，将石墨与金属材料（不锈钢材料、铂板、铅板、钛板等）复合形成复合阳极，插入金属材料进入电解质作为阴极。 ，形成闭路；或者将石墨悬浮在电解液中，将阴极板和阳极板同时插入电解液中，对两个电极通电进行阳极氧化。石墨表面被氧化成碳正离子。同时，在静电引力和浓度差扩散的共同作用下，酸离子或其他极性插层剂离子嵌入石墨层间，形成可膨胀石墨。
与化学氧化法相比，电化学法制备可膨胀石墨的整个过程不需要使用氧化剂，处理能力大，腐蚀性物质残留量少。反应结束后，电解液可以回收利用，减少了酸的用量，节省了成本，减少了环境污染，对设备造成的损害较小，延长了其使用寿命。近年来，电化学法因其诸多优点逐渐成为众多企业制备可膨胀石墨的首选方法。
气相扩散法（双室法）
气相扩散法是将插层剂与气态石墨接触，发生插层反应制备可膨胀石墨。一般在耐热玻璃反应釜两端放置石墨和插入物，并真空密封，故又称双室法。该方法在工业上常用于合成卤化物-EG和碱金属-EG。
优点：结构和顺序可控，反应物和产物易于分离。
缺点：反应装置复杂，操作困难，产量有限。而且反应必须在高温条件下进行，耗时较长，反应条件十分苛刻。制备环境必须是真空，从而增加了其生产成本。比较高，不适合大规模生产应用。
混合液相法
混合液相法是将嵌件材料与石墨直接混合，在流动惰性气体保护下或在密封系统中进行加热反应，制备可膨胀石墨。一般用于合成碱金属-石墨插层化合物（GIC）。
优点：反应过程简单，反应速度快。通过改变石墨原料与镶件的配比，可以获得一定结构和成分的可膨胀石墨，更适合批量生产。
缺点：成型产物不稳定，难以处理附着在GIC表面的游离插层物质，大规模合成时难以保证石墨层间化合物的一致性。
熔化法
熔融法是将石墨与插层材料混合并加热制备可膨胀石墨。基于各组分的共晶可以降低体系的熔点（低于各组分的熔点）的性质提出。它是一种可以同时插入两种或多种物质（必须能够形成熔盐体系）的石墨层之间制备三元或多组分GIC的方法。一般用于制备金属氯化物-GICs。
优点：合成产物稳定性好，易于水洗，反应装置比较简单，反应温度低，反应时间短，适合大规模生产。
缺点：反应过程中产物的有序结构和组成较难控制，大规模合成时难以保证产物有序结构和组成的一致性。
压力法
加压法是将石墨基体与碱土金属、稀土金属粉末混合，在加压条件下反应生成M-GIC。
缺点：插入反应只有在金属蒸气压超过一定阈值时才能进行；但如果温度过高，则易使金属与石墨形成碳化物而引起不良反应，因此反应温度必须控制在一定范围内。稀土金属的嵌入反应温度必须很高，因此必须施加压力来降低反应温度。该方法适合制备低熔点金属-GIC，但设备复杂，操作要求严格，目前很少使用。
稀土金属在不同蒸气压下需要达到的温度（℃）
爆炸法
爆炸法一般采用石墨与KClO4、Mg(ClO4)2·nH2O、Zn(NO3)2·nH2O等膨胀剂配制的烟火药粉或混合物。当加热时，石墨会同时氧化和插层。层状反应形成层间化合物，然后层间化合物以“爆炸”方式膨胀，得到膨胀石墨。当使用金属盐作为膨胀剂时，产品更加复杂，不仅包括膨胀石墨，还包括金属氧化物，可以对膨胀石墨的表面进行改性；但当膨胀剂为HClO4时，产品比较简单，仅包括膨胀石墨。该方法操作简单、反应时间短、可设计性强。但该产品纯度较低，实验过程危险性较高。因此，实际中一般不采用该方法制备可膨胀石墨。
除上述制备方法外，合成GIC的方法还有催化剂法、光化学法等。这些合成方法各有其优缺点，合成对象也不同，因此很少采用。目前最常用的制备方法是化学氧化法和电化学法。尤其是电化学法，由于其环境污染小、成本低、处理量大、酸液可回收等优点，近年来备受关注。
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