石墨基炭材料是利用化學氧化法將石墨層氧化，非碳質物質進入到石墨層間，通過高溫膨化后得到 的．該材料呈現出除石墨性質以外的其他新性能，已被廣泛用作導電材料、密封材料、生物醫療材料、環 保材料、軍工材料等．Dhakate 等利用氧化插層法制備得到石墨基炭材料; Mishra 等將石墨基炭材 料摻雜到帶有 γ-Fe2O3微粒的粉煤灰中制備得到了用于微波范圍內的電磁屏蔽復合材料; 文獻指 出，石墨基炭材料利用更多的是將其與其他物質復合，進而發揮更好的性能; Ye 等合成了石墨基炭材 料/甲基丙烯酸甲酯復合材料，探討了其在阻燃上的應用．膨脹石墨是一種疏松多孔的蠕蟲狀顆粒，其獨特 的孔隙結構使其對油類等大分子污染物質具有良好的吸附能力，表面活性較高、比表面積較大，具有密 封性優良、耐高溫、耐腐蝕、高抗熱震性、導電導熱性、耐輻射、各向異性等特性，具備阻燃性、彈性、低密度 等特點，被廣泛應用于石油、化工、機械等行業．

1 材料與方法

1．1 原料、儀器及試劑

試驗原料: 天然鱗片石墨，青島天盛達石墨有限公司． 試驗儀器: 磁力攪拌器GL-6250A( 海門市其林貝爾儀器制造有限公司) ，101-1AB 型電熱鼓風干燥箱( 天津 市泰斯特儀器有限公司) ，FA2104A 型電子分析天平( 上海景天電子儀器有限公司) ，SHB-B95型循環水式 多用真空泵( 鄭州長城科工貿公司) ，SX-4-10 型馬弗爐( 天津市泰斯特儀器有限公司) ，V-Sorb 2800 型比 表面積及孔徑分析儀( 金埃普科技有限公司) ，Invia 型激光共焦拉曼光譜儀( 英國雷尼紹公司) ，Quanta 型 掃描電子顯微鏡( 英國 Oxford 公司) ，TU-1810 型紫外分光光度計( 北京普析通融儀器有限公司) ，ZWYＲ240 型恒溫培養振蕩器( 上海分析儀器有限公司) ． 試驗試劑: 30%H2O2( AＲ，天津市大茂化學試劑廠) 、KMnO4( AＲ，天津市大茂化學試劑廠) 、98% H2 SO4( AＲ，天津永大化學試劑有限公司) 、冰 CH3COOH( AＲ，天津市化學試劑一廠) ．

1．2 試驗方法

1．2．1 石墨基炭材料的制備

稱取一定質量、提前準備好的天然鱗片石墨( 50 目) 置于燒杯內，以高錳酸鉀、98%濃硫酸、過氧化氫 為氧化劑，冰乙酸為插層劑，按照不同氧化插層體系的比例混合后在一定溫度下恒溫水浴反應一段時間． 將反應后的石墨用 SHB-B95型循環水式多用真空泵抽濾并水洗直至 pH 為 5 ～ 6，然后在 80 ℃ 的 101-1AB 型電熱鼓風干燥箱烘 4 h，得到可膨脹石墨; 將制備得到的可膨脹石墨在一定溫度的馬弗爐中高溫煅燒，制 備得到石墨基炭材料．具體工藝流程見圖 1．

1．2．2 膨脹體積的測定

按照 GB10698—1989《可膨脹石墨》測定石墨基炭材料在高溫條件下的膨脹體積．

1．2．3 單因素試驗及正交試驗設計

利用氧化插層法，選用不同氧化劑插層劑( 濃硫酸、高錳酸鉀、乙酸、過氧化氫) 、反應時間、反應溫度 及膨脹溫度為單因素，采用控制變量法進行試驗，以膨脹體積為指標選出氧化插層體系、反應時間、反應溫 度及膨脹溫度的范圍; 采用高錳酸鉀、98%濃硫酸、過氧化氫、冰乙酸的不同氧化插層體系比例及反應溫 度、反應時間、膨脹溫度為影響因素，設計 7 因素 3 水平 L18( 37 ) 正交試驗確定各試劑最佳比例及最佳反應 條件，見表 1．

2 結果與討論

1) 濃硫酸．稱取 5 g 天然鱗片石墨，1 g 高錳酸鉀，2 mL 乙酸和一定量的濃硫酸于燒杯內，混合均勻后 在 30 ℃恒溫水浴反應 60 min; 然后迅速加入 2 mL 30%過氧化氫，繼續反應 60 min 后抽濾，調節 pH 至 7; 置 于 80 ℃烘箱內烘 4 h，在 800 ℃馬弗爐中高溫膨脹得到石墨基炭材料．測其膨脹體積。 在反應過程中，濃硫酸既作為氧化劑又作為插層劑．當濃硫酸為 15 mL 時膨脹體積最大; 當濃硫酸量過 少時氧化不明顯，層間結合力大，插層劑進不去; 當濃硫酸量過多時，出現過度氧化，層間結構被破壞，導致 膨脹體積減小．所以，選擇濃硫酸的量為 10～20 mL．
2) 高錳酸鉀．稱取 5 g 天然鱗片石墨，15 mL 濃硫酸，2 mL 乙酸和一定質量的高錳酸鉀于燒杯內，混合 均勻后在 30 ℃恒溫水浴反應 60 min; 然后迅速加入 2 mL 30%過氧化氫，繼續反應 60 min 后抽濾，調節 pH 至 7; 置于 80 ℃烘箱內烘 4 h，在 800 ℃馬弗爐中高溫膨脹得到石墨基炭材料．測其膨脹體積.: 當高錳酸鉀的量小于 1 g 時，氧化能力太小，不足以打開石墨炭材料結構; 當高錳酸鉀量為 1 g 時，高錳酸鉀作為氧化劑使石墨氧化層間結構打開且膨脹體積最大; 當高錳酸鉀的量大于 1 g 時，過多的。
3) 乙酸．稱取 5 g 天然鱗片石墨，15 mL 濃硫酸，1 g 高錳酸鉀和一定體積的乙酸于燒杯內，混合均勻后 在 30 ℃恒溫水浴反應 60 min; 然后迅速加入 2 mL 30%過氧化氫，繼續反應 60 min 后抽濾，調節 pH 至 7; 置 于 80 ℃烘箱內烘 4 h，在 800 ℃馬弗爐中高溫膨脹得到石墨基炭材料，乙酸作為有機插層劑，代替一部分無機插層劑，其易揮發，高溫膨脹易形成孔隙．當乙酸用量為 2 mL 時，膨脹體積最大; 當乙酸量過多時，插層劑濃度會變大，降低了氧化劑濃度，影響了氧化性能．所以，選擇 乙酸的量在 1～3 mL．

3 結 論
 

通過化學氧化法，利用高錳酸鉀( KMnO4 ) 、濃硫酸( H2 SO4 ) 、過氧化氫( H2O2 ) 、乙酸( CH3COOH) 為氧化 插層體系，天然鱗片石墨為原料制備石墨基炭材料．通過單因素試驗和 7 因素 3 水平的正交試驗 L18( 37 ) 優化 得到石墨基炭材料制備的最佳工藝條件: 氧化插層體系配比為 m( KMnO4( g) ) ∶ V( H2 SO4( mL) ) ∶ V ( H2 O2( mL) ) ∶ V( CH3COOH( mL) ) = 1 ∶ 10 ∶ 2 ∶ 2 時，在 40 ℃恒溫水浴下攪拌 60 min，80 ℃下干燥 4 h 制備 得到可膨脹石墨; 然后在 700 ℃下高溫膨脹得到石墨基炭材料．該條件下得到的石墨基炭材料的最大膨脹 體積為 230 mL /g．

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