一种超细鳞片石墨粉体及其制备方法

摘要

本发明涉及超细粉体技术领域，公开了一种超细鳞片石墨粉体及其制备方法。本发明创造性地引入了石墨烯量子点,围绕石墨烯量子点优化了湿磨工艺和工艺参数，相比现有的分散剂，本发明采用石墨烯量子点能够有效阻止石墨微粒的凝聚，效果更好，而且更容易去除，对环境污染，并且可以循环利用，充分实现节能环保，具有很强的实际应用能力，本发明制备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50最低可达到0.8μm，小于0.8μm微粒子含量达到73.54%，小于2μm微粒子含量达到99.84%。

权利要求

1.一种超细鳞片石墨粉体的制备方法，其特征在于，采用鳞片石墨粉体为原料，首先配置浆料浓度30％～40％的浆料，然后加入石墨烯量子点，所述石墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的3％～12％，然后按照球料比20～30:1、球磨时间12～20h，进行湿式球磨，球磨后过滤得到浆料，最终烘干制粉得到超细鳞片石墨粉体，其中，所述石墨烯量子点可以再次回收利用。

2.根据权利要求1所述超细鳞片石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述鳞片石墨粉体目数为300～400目。

3.根据权利要求1所述超细鳞片石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述石墨烯量子点为碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备得到。

4.根据权利要求1所述超细鳞片石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述石墨烯量子点通过压滤回收。

5.根据权利要求1所述超细鳞片石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的12％。

6.根据权利要求1所述超细鳞片石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述浆料浓度为

35％。

7.根据权利要求1所述超细鳞片石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述球料比为30:

1，球磨时间为20h。

8.根据权利要求1所述超细鳞片石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述湿式球磨中的球磨介质为钢球。

9.根据权利要求1所述超细鳞片石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述球磨介质的直径为5～8mm。

10.一种超细鳞片石墨粉体，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述超细鳞片石墨粉体的制备方法制备得到。

说明书

一种超细鳞片石墨粉体及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超细粉体技术领域，更具体地，涉及一种超细鳞片石墨粉体及其制备方法。

背景技术

[0002] 超细粉体是指尺度介于分子、原子与块状材料之间，通常泛指1-100μm范围内的微小固体颗粒，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种材料颗粒。超细粉体通常又分为微米级、亚微米级及纳米级粉体。粒径大于lμm的粉体称为微米材科，粒径小于lμm大于O.1μm的粉体称为亚微米材料，粒径处于0.001～O.1μm(即l～100μm)的粉体称为纳米材料。材料经超细化后尤其是处于亚微米及纳米状态时，其尺度介于原子、分子与块状材料之间，故有人称之

[0003] 为物质的第四状态。随着物质的超细化，其表面分子排列及电子分布结构和晶体结构均发生变化，产生了块状材料所不具有的奇特的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，从而使得超细粉体与常规块状材料相比具有一系列优异的物理、化学及表面与界面性质，在使用时可取得超常的效果。石墨具有很强的滑腻性和韧性，而超细石墨粉以其独特的性能更足广泛应用于各个领域。如何获得超细石墨粉，一直是石墨深加工的热点和难点。

[0004] 目前超细石墨所用原料为天然鳞片石墨与人工石墨。鳞片石墨：呈鳞片状、薄叶片状晶质的石墨,大小一般为(1.2.0)×(0.1.0)mm,最大4～5mm,片厚0.02～0.05mm.多呈浸染状、片麻状分布于岩石中，具有明显的定向排列；微晶石墨：晶体直径一般小于1微米,是微晶石墨的集合体,只有在电子显微镜下才能见到晶形；人工石墨：以无烟煤、焦炭或石油焦为原料，粉碎后加煤焦油及沥青混捏，经挤压或压模成型后，于电炉中隔绝空气焙烧。在800～1300℃下焙烧约200～250h左右得到的是无定形碳材料。如果再于2400～2800℃高温下焙烧60～70h，使碳晶体化，得到人工石墨，由于超细粉体比表面积大、表面能较高及粒子处于极不稳定状态，因而相互吸引而具有稳定的倾向，这种倾向使粒子产生团聚而影响其应用效果。分散性较差的超细粉体在实际使用中甚至完全丧失了原有的优越性，使用效果适得其反，所以从某种意义上讲，超细粉体的分散技术是超细粉体技术中最关键的技术。

[0005] 现有分散剂普遍选择高分子表面活性剂，虽然具有较好的分散性。然而，由于难以完全去除，这些分散剂的使用和残留往往会对相应产品的性能造成不良的影响，不利于实际应用。

发明内容

[0006] 本发明的要解决的技术问题在于针对现有技术超细粉体中分散技术的不足，创造性地引入石墨烯量子点，围绕石墨烯量子点优化湿磨工艺参数，提供一种超细鳞片石墨粉体的制备方法。

[0007] 本发明还提供一种采用上述方法制备得到的超细鳞片石墨粉体。

[0008] 本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

[0009] 提供一种超细鳞片石墨粉体的制备方法，采用鳞片石墨粉体为原料，首先配置浆料浓度30％～40％的浆料，然后加入石墨烯量子点，所述石墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的3％～12％，然后按照球料比20～30:1、球磨时间12～20h，进行湿式球磨，球磨后过滤得到浆料，最终烘干制粉得到超细鳞片石墨粉体，其中，所述石墨烯量子点可以再次回收利用。

[0010] 相比现有的分散剂，本发明创造性地引入了石墨烯量子点，能够有效阻止石墨微粒的凝聚，并且更容易去除，对环境污染，还可以循环利用。

[0011] 优选地，所述鳞片石墨粉体目数为300～400目。

[0012] 优选地，所述石墨烯量子点为碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备得到。

[0013] 优选地，所述石墨烯量子点通过压滤回收，实现重复利用。

[0014] 优选地，所述墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的12％。

[0015] 优选地，所述浆料浓度为35％。

[0016] 优选地，所述球料比为30:1，球磨时间为20h。

[0017] 优选地，所述湿式球磨中的球磨介质为钢球，所述球磨介质的直径为5～8mm。鳞片石墨颗粒直径较大，需要选用大粒度的球磨介质粉碎效果更好。

[0018] 本发明还提供一种采用上述方法制备得到的超细鳞片石墨粉体，所述超细鳞片石墨粉体中位粒径D50最低可达到0.8μm，小于0.8μm微粒子含量达到73.54％，小于2μm微粒子含量达到99.84％。

[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0020] 本发明创造性地引入了石墨烯量子点,围绕石墨烯量子点优化了湿磨工艺和工艺参数，相比现有的分散剂，本发明采用石墨烯量子点能够有效阻止石墨微粒的凝聚，效果更好，而且更容易去除，对环境污染，并且还可以循环利用，充分实现节能环保，具有很强的实际应用能力，本发明制备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50最低可达到0.8μm，小于0.8μm微粒子含量达到73.54％，小于2μm微粒子含量达到99.84％。

附图说明

[0021] 图1湿磨工艺流程图

具体实施方式

[0022] 下面结合具体实施例进一步说明本发明。以下实施例仅为示意性实施例，并不构成对本发明的不当限定，本发明可以由发明内容限定和覆盖的多种不同方式实施。除非特别说明，本发明采用的试剂、化合物和设备为本技术领域常规试剂、化合物和设备。

[0023] 由于微晶石墨微观结构与鳞片石墨、人造石墨不同，因此，针对鳞片石墨制备超细石墨工艺也有所区分，本发明采用湿磨工艺，引入石墨烯量子点作为分散剂，工艺流程如图1所示，围绕石墨烯量子点，针对浆料浓度、球料比、球磨介质以及球磨时间进行优选。

[0024] 实施例1

[0025] 本实施例提供一种超细鳞片石墨粉体的制备方法，采用鳞片石墨粉体为原料，首先配置浆料浓度30％的浆料，然后加入石墨烯量子点，所述石墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的3％，然后按照球料比20:1、球磨时间12h，进行湿式球磨，球磨后过滤得到浆料，最终烘干制粉得到超细鳞片石墨粉体，其中，所述石墨烯量子点可以再次回收利用。

[0026] 本实施例中，鳞片石墨粉体目数为300～400目，球磨介质采用直径5～8mm的钢球，石墨烯量子点为碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备得到，并通过压滤回收，达到重复利用。

[0027] 本实施例制备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50达到9.7μm。

[0028] 实施例2

[0029] 本实施例与实施例1基本相同，不同之处在在于，浆料浓度为35％。

[0030] 本实施例制备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50达到6.4μm。

[0031] 实施例3

[0032] 本实施例与实施例1基本相同，不同之处在在于，浆料浓度为40％。

[0033] 本实施例制备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50达到9.8μm，本实施例的浆料浓度分别高于实施例1和实施例2，但是粉体中位粒径增大了，主要原因在于，过高的浆料浓度会导致浆料粘度较高，浆料流变性就会降低，这样就会增加浆料对研磨介质的阻滞运动，从而减弱了研磨介质对物料的研磨与冲击作用。

[0034] 本实施例4

[0035] 本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，石墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的6％。

[0036] 本实施例制备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50达到6.1μm。

[0037] 本实施例5

[0038] 本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，石墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的10％。

[0039] 本实施例制备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50达到3.7μm。

[0040] 本实施例6

[0041] 本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，石墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的12％。

[0042] 本实施例制备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50达到2.3μm。

[0043] 实施例7

[0044] 本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，球磨时间不同，球料比不同，具体如表1所示。

[0045] 表1

[0046]

[0047]

[0048] 实施例8

[0049] 本实施例通过实施例1～7确定了最佳工艺参数，具体如下：浆料浓度35％，石墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的12％，球料比30:1、球磨时间20h，其余工艺与实施例1相同，此处就不赘述。

[0050] 本实施例制备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50可达到0.8μm，小于0.8μm微粒子含量达到73.54％，小于2μm微粒子含量达到99.84％。

[0051] 对比例1

[0052] 本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，不添加石墨烯量子点作为空白组，本对比例在不添加分散剂的情况下，使亚微米级的磨细过程根本无法进行下去。

[0053] 对比例2

[0054] 本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，采用十二烷基苯磺酸钠作为分散剂替代石墨烯量子点，通过有限次数实验逐步添加十二烷基苯磺酸钠的量，得到粉体中位粒径D50最低为16μm。

[0055] 对比例3

[0056] 本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，采用羧甲基纤维素钠作为分散剂替代石墨烯量子点，通过有限次数实验逐步添加羧甲基纤维素钠的量，得到粉体中位粒径D50最低为13μm。

[0057] 对比例4

[0058] 本对比例与实施例6基本相同，不同之处在于，石墨烯量子点的加入量是鳞片石墨粉体浓度的14％。

[0059] 本对比例备得到的超细鳞片石墨粉体中位粒径D50达到2.5μm。

[0060] 结果分析：

[0061] 1.矿浆浓度大小对介质的粉磨效果、料浆自身的流动性能以及物料的沉降快慢都有直接影响。磨料浓度较高时，介质的料浆中收到的浮力较大，其有效密度减低，下落的冲击力减弱，打击效果较差。当浓料浆中的固体物料的含量较高，料浆黏度较大，介质周围粘着的物料也多，介质打击和研磨的物料的几率增大，磨料效率提高；处理不同的粗细物料，与不同硬度，密度的物料时，磨料浓度应高一些，处理物料细，硬度小及密度小的矿石时，料浆(矿浆)浓度低一些。鳞片石墨、人工石墨与微晶石墨的硬度就存在很大的差别，需针对鳞片石墨找到最优的料浆浓度。

[0062] 2.球料比是影响研磨产量的重要工艺参数之一；即磨内研磨体质量与瞬时存料量之比，它可大致反映仓内研磨体的装载量和级配是否与磨机的结构和粉磨操作相适应。控制好合适的球料比和适当的磨内物料流速，是保持磨机粉磨效率高的重要条件。球料比太小，则仓内的研磨体量过少，相对存料量过多，以致仓内缓冲作用大，粉磨效率低；球料比太大，表明存料量太少，研磨体间及研磨体与衬板间的有无用功过剩，不仅产量低，而且单位电耗和金属磨耗高，机械故障也多。只有合适的球料比，才能使研磨体的冲击研磨作用充分发挥，粉磨效率才高。因此必须通过优化球料比，以充分发挥磨机的粉磨效果。

[0063] 3.在湿磨工艺中，分散剂明显影响鳞片石墨极限研磨粒度的大小，现有分散剂羧甲基纤维素钠(CMC)优于十二烷基苯磺酸钠，而不加分散剂的空白实验将使亚微米级的磨细过程根本无法进行下去，相比现有的分散剂，本发明创造性地引入了石墨烯量子点，效果更好，更易去除，对环境污染，并且可以循环利用，节能环保，并且石墨烯量子点的加入量会对粒径有影响，量少无法起到分散的作用，量大反而会造成石墨微小颗粒的团聚。