焙烧温度对加碱焙烧浸出法制备高纯石墨的影响

为了探讨焙烧温度对石墨提纯效果的影响,对加碱焙烧浸出法制备高纯石墨工艺进行理论分析和试验研究。经过理论分析,得出焙烧温度是决定焙烧效果的一个关键因素的结论。如果升高焙烧温度来提纯石墨,不仅可以缩短焙烧时间,而且可以提高石墨产品的固定碳含量。试验结果表明:在1000℃下焙烧40min后提纯得到的石墨,其固定碳含量已经超过了99.9%,远远高于在较低温度下提纯得到的石墨产品的固定碳含量,说明焙烧温度对提纯效果的影响很大。     

工业生产SiC的副产品石墨废料的提纯

本文报道了"碱融-酸浸"法对工业生产SiC的副产品石墨废料的提纯研究,通过研究焙烧温度、焙烧时间、酸浸浓度、酸浸时间等因素对提纯效果的影响,确定了该类石墨提纯工艺的最佳条件:实验中NaOH与石墨质量比为2∶1,焙烧温度为650℃,焙烧时间为60min;室温下酸浸过程的HCl浓度为10%,酸浸时间为180min,此条件下提纯后的石墨其固定碳含量提升到98%以上。     

煤和天然石墨的化学提纯

本文综述了煤及天然石墨化学提纯可共同使用的方法。一类为含氟酸法,包括HCl-HF酸法,HF-H_2SiF_6酸法及NH_1HF_2法。另一类为碱法,包括熔碱法及液减法。本文还对提纯机理,废液回收循环使用等做了简要说明。     

微波非热效应改善天然石墨提纯效果

研究了微波非热效应对天然石墨提纯效果的影响。结果表明,微波场的引入可将样品的碳质量分数由95.840%提高到99.%以上。微波功率、反应压力和反应时间对提纯效果都有一定影响。采用XRD和SEM对提纯产品的形貌和结构进行了表征,证明微波辅助酸法提纯后的天然鳞片石墨的表面形貌及晶体结构没有改变。在最佳条件下(混酸配比为1∶1,反应罐内压力为1.0 MPa,辐照时间为25 min,微波功率为800 W),石墨经纯化后碳质量分数可达99.432%。     

高灰分碳粉的碱酸法提纯

对某电解铝企业废旧阴极材料进行浮选-酸洗-磨碎处理后获得含灰分高达27.3%的碳粉,然后采用加NaOH焙烧活化-水洗-盐酸酸浸-水洗工艺对该碳粉进行除灰提纯研究。考察了氢氧化钠加入量、焙烧温度、焙烧时间、盐酸酸浸温度对碳粉灰分脱除的影响。结果表明:当设定氢氧化钠/碳粉为0.4,在1000℃焙烧1h,然后采用浓度为1mol/L的盐酸在60℃酸浸1h,可使碳粉中的灰分由27.3%降低到4.04%,碳含量由68.4%提高至94.6%,处理后的碳粉可重返阴极配料利用。     

氧化-离心法提纯微晶石墨及其机理

以湖南郴州天然微晶石墨为原料,首次提出氧化-离心法提纯微晶石墨,采用改进Hummers法氧化微晶石墨,再对其进行离心处理,得到纯化的微晶氧化石墨(烯)。结果表明:微晶石墨经氧化处理后结构中键接上含氧官能团,层间域增大,微晶石墨集合体变得松散且集合体部分解理,粒度随着氧化程度的增加逐渐减小,经离心洗涤后可将杂质与微晶氧化石墨分离,从而获得纯度较高的微晶氧化石墨(烯)样品。通过对产物结构和成分的表征分析表明,氧化对微晶石墨集合体起到了化学解理作用,氧化程度越高,解理效果越明显。当微晶石墨与KMnO_4质量比为1∶4时,可达到最佳提纯效果;提纯后微晶氧化石墨(烯的固定碳含量C_固)为98.8%,挥发分占0.2%,灰分仅占1%,集合体基本完全解理,片径尺寸为1~2μm。     

氟化铵-盐酸法提纯隐晶质石墨工艺研究

为了提高隐晶质石墨的固定碳含量,扩大隐晶质石墨的应用范围,采用湖南郴州地区的隐晶质石墨为原料,用氟化铵-盐酸法对其进行纯化处理。研究了氟化铵的用量、反应温度、液固比以及反应次数对隐晶质石墨固定碳含量的影响,确定了氟化铵-盐酸法提纯隐晶质石墨的最佳工艺条件。结果表明:在氟化铵的含量为45%,液固比为3∶1,恒温70℃反应2h,重复5次的条件下能够将隐晶质石墨的固定碳含量从83.08%提高到99.47%。研究表明氟化铵-盐酸法可以有效提高隐晶质石墨的固定碳含量。     

收尘粉混酸法正交试验提纯

采用HF-HCl混酸法对预焙阳极生产环节中产生的髙灰分收尘粉进行了除灰提纯研究。以碳含量作为评判提纯效果依据,通过正交试验,考察了液固比、HF体积含量、浸出温度、搅拌时间对提纯效果的影响,确定了收尘粉提纯的最佳试验参数及影响碳含量的主要因素。结果表明,影响浸出率各因素的重要性依次为:液固比>氢氟酸体积含量>浸出温度>搅拌时间。当混酸与收尘粉的液固比为4.5mL/g,氢氟酸体积含量为40%,浸出温度为40℃,搅拌时间为30min时,提纯后的收尘粉碳含量最高,达到96.56%。     

连续式高温反应石墨提纯装备与工艺

一种新型连续式高温石墨提纯热工装备,通过高温传动装置驱动石墨粉在提纯过程中运动,实现工业化连续提纯。该设备的自动进出料技术保证石墨在提纯过程中不断供给与收集,且反应气体不泄露;炉膛采用多区控温,温度分布均匀性控制为±5℃;保温材料采用迷宫式错层搭接结构,防止热散失;尾气处理系统采用四级收集装置,对尾气、焦油、粉尘等进行分开收集处理。将该石墨提纯炉应用于高温反应法石墨提纯,石墨的纯度从初始的88.2%提高至99.5%,提纯速率为90 kg/h,达到了连续量产高纯石墨的要求,对开发下一代工业化石墨提纯装备和技术具有重要的实际意义。     

阳极炭块焙烧过程收尘粉混酸法提升碳品位研究

预焙阳极炭块生产焙烧过程带来大量收尘粉,其中碳含量约为75%,以石墨形式存在,因灰分含量极高,达到14.20%,以硅酸盐为主,赋存物相包括莫来石(3Al_2O_3·2SiO_2)、石英(SiO_2)、云母(Al_2O_3)、赤铁矿(Fe_2O_3)等,严重制约了其利用价值,企业大都采取露天堆放或外卖形式处理,资源化返回利用问题亟待解决.本文选用氢氟酸-盐酸作为浸出剂,设计单因素实验对其进行提纯研究,结果表明:当试验条件为:液固比4.5∶1、HF体积含量40%、浸出温度40℃、反应时间30 min时除灰效果最佳,碳含量可由75.17%提升稳定至96%以上,且试验过程不会破坏原料中石墨的形貌结构;提纯料可作为阳极生产原料或填充料返回利用.     

Inclusion of Gangue Mineral and Its Mechanical Separation from Expanded Graphite

Impurity separation characteristics of graphite were investigated along with its expansion. Inclusion states of typical clay minerals as impurity in the expanded graphite particles were observed and classified into four distinct types (Type I-IV). Removal of the minerals by the application of simple mechanical impact with Ro-Tap and scrubbing was performed with two expanded graphite specimens prepared from graphite concentrates of 93% fixed carbons from two different mines. It was found that the mechanical treatments were able to easily raise the carbon content to over 99.9%, depending on the impurity inclusion type.     

膨胀石墨/酚醛树脂-聚乙烯醇缩丁醛复合双极板的制备与性能

采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）对酚醛树脂（PF）进行改性,并以膨胀石墨为第一导电填料,用模压成型法制备了新型质子交换膜燃料电池用膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板。研究了PVB与PF质量比、改性树脂含量及炭黑的添加对膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板电导率、抗弯强度等性能的影响。结果表明,当改性树脂质量分数固定为30wt%时,膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板在PVB：PF=0.5时表现出最佳的电导率及抗弯强度,分别为192.3 S/cm、47.25 MPa,与不添加PVB的膨胀石墨/PF复合材料双极板相比,平面内电导率和抗弯强度分别提高了12.3%、14.2%。在PVB含量固定的条件下（PVB：PF=0.5）,当改性树脂的质量分数由25wt%增加至45wt%时,膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板的电导率下降,而抗弯强度增加。进一步添加炭黑提高膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板的导电性能,当改性树脂质量分数固定为45wt%时,炭黑添加量为4wt%的试样表现出最佳的平面电导率和面比电阻,分别为137 S/cm、14.4 mΩ·cm²。     

纳米碳管用于锂离子电池负极材料的研究

采用氧化法提纯了煤焦化工业副产品中的纳米碳管,采用X射线衍射法对纳米碳管的结构进行了研究,透射电镜研究了纳米碳管的形貌。提纯的纳米碳管d002为0.3496nm,具有类似石墨的结构和较高的石墨化度。研究了纳米碳管的电化学性能,其首次放电比容量达584.3mAh/g;添加石墨粉组成了20％的纳米碳管和80％的石墨粉的体系作为锂离子电池负极材料,其首次放电比容量为490.1mAh/g,并有较好的循环性能。     

Effect of anodic oxidation of coal tar pitch-based carbon fibre on adhesion in epoxy matrix: Part 1. Comparison between H2SO4 and NaOH solutions

Anodic oxidation of high modulus coal tar pitch-based carbon fibre in alkaline and sulfuric solutions was investigated. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis was used to evaluate the oxygen concentration (O_1S/C_1S) and surface functional groups (---OH, C=O and COOH). The interfacial shear strength between the epoxy matrix and carbon fibre was measured by a fragmentation test. The results showed that the oxygen concentration on fibre surfaces increased rapidly as electrical charge increased, in both alkaline and acidic solution. The best bonding between epoxy matrix and carbon fibre was achieved in alkaline solution. The Raman spectra of carbon fibre oxidized in alkaline and sulfuric solutions suggested that the weak adhesive strength between the epoxy resin and oxidized carbon fibre in sulfuric solution was due to the existence of an oxidized graphite layer, which might easily come off the surface.     

纳米管协同碳纳米管导电纸对石墨负极性能的影响

以碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes)为导电剂,协同以碳纳米管和纸纤维复合成的CNTs导电纸为集流体,对石墨负极进行电化学改性。石墨化处理碳纳米管作为负极的添加相,采用XRD、SEM和TGA对其分析。结果表明,对比单纯的石墨/铜箔负极,掺杂0.8%(质量分数)石墨化碳纳米管的石墨/铜箔负极,电池比容量由304mAh/g变为308mAh/g,相差不大,但循环效率由86%升至92%;使用CNTs导电纸做集流体时,掺杂0.8%(质量分数)石墨化碳纳米管的石墨/CNTs导电纸负极,比容量由308mAh/g升至401mAh/g,提高30%,循环效率由92%升至95%,提高3%。说明碳纳米管协同CNTs导电纸对石墨负极具有积极的改性意义。     

Development and Realization of Iron–Carbon Eutectic Fixed Point at NPLI

The concept of metal–carbon eutectic temperature fixed point has been introduced in 1999 and is extensively being investigated by thermometry researchers to cover the high-temperature range above copper fixed point. Metal–carbon eutectic fixed points also helped to provide direct traceability with reduced associated uncertainty in the high temperature range for thermometry and radiometry applications. In view of this, CSIR-National Physical Laboratory, India (NPLI) has developed iron–carbon (Fe–C, 1153 °C) eutectic fixed point cell in the graphite crucible and realized by using the noble metal thermocouples. The preparation parameters such as design and fabrication of a graphite crucible, Fe:C eutectic composition and filling procedure, furnace profile, melting and freezing plateau measurements, heat flux immersion, inhomogeneity, etc. have been optimized and presented in this paper. The measurement uncertainty of the Fe–C eutectic cell realized with Type-S thermocouple was estimated to be 3.04 μV (0.25 °C) at coverage factor k = 2.     

掺钛石墨导电性及其微观结构的研究

研究了不同钛掺杂量的再结晶石墨的电阻率与微观结构。以探讨掺杂组元对材料导电性能的影响。实验结果表明,与相同工艺条件下制得的纯石墨相比,掺钛石墨具有高密、高石墨化程度以及极低的电阻率的特点,微观结构分析表明,钛对材料的石墨化过程中具有催化作用,掺杂石墨材料中钛掺杂量对材料的石墨化程度有很大影响：少量钛掺杂量即可使材料达到高的石墨化程度,过多钛掺杂量不利于其电阻率的降低,分析表明钛元素在材料中是以碳化钛形式存在,但在制备过程中,有少量钛逸失,雁而在材料表面形成孔隙,而这些对材料的性能有不利的影响。     

碳纤维及石墨填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

利用M-200型环-块摩擦磨损试验机对石墨(Gr.)及碳纤维(CF)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,探讨了石墨及碳纤维的协同润滑效应.认为碳纤维的加入大大提高了复合材料的承载能力,石墨的加入减小了碳纤维表面与对偶的摩擦系数,从而降低了碳纤维的脱落趋势,提高了复合材料的耐磨性.利用扫描电子显微镜(SEM)对PTFE复合材料的摩擦面及对偶转移膜进行了观察.结果表明,本实验中20%的石墨和10%碳纤维填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能最好,且在高载荷下的摩擦磨损性能尤为突出,具有一定的应用价值.     

AN FT-ICR STUDY ON LASER ABLATION OF GRAPHITE AND CARBON BLACK TARGETS: COSMOCHEMICAL IMPLICATIONS

Graphite and carbon black samples were laser ablated in an FT-ICR (Fourier transform-ion cyclotron resonance spectrometer) by Nd-YAG laser under high vacuum in conditions recalling those existing in the interstellar medium. It is shown that graphite gives a regular sequence of polyyne and cyclopolyyne chains from C₁₀ to C₂₇ and additionally produces 2% of C₆₀ fullerene. When carbon black is used in place of graphite under the same conditions, no C₆₀ fullerene was produced and also the sequence of polyyne species generated was very irregular. If really carbon black structure and elemental composition approaches more closely than pure graphite the structure of the carbon dust, we can predict that C₆₀ fullerene should not be produced from the thermal decomposition of this dust in high vacuum.