一种放电等离子体活性粒子注入石墨提纯方法与流程

本发明属于石墨化工
技术领域：
，具体为一种放电等离子体活性粒子注入石墨提纯方法。
背景技术：
：工业上制备99%以上的高碳、高纯石墨主要采用化学法和物理法。化学类型的提纯方式需要采用酸、碱、氟化物等化学试剂，存在石墨原材料严重流失，生产中产生大量废水、废气，对自然环境造成严重影响。在目前的产业化应用中，发生了严重的环境污染情况，对设备也有不同程度的腐蚀，而且由于方法的原因，不能得到更高纯度的石墨产品。物理法主要采用高温技术进行石墨提纯，可以得到更高品位的石墨，在提纯环境中融入无污染类型反应气体，但是提纯方法成本高、设备复杂，不能连续化作业，而且2600℃的高温对设备要求高。为了解决高温法提纯存在的问题，人们将等离子体技术要利用到石墨提纯
技术领域：
中，等离子体技术包括高温等离子体和低温等离子体，目前研究的技术是将电弧等离子体应用到石墨提纯
技术领域：
中。但是这种方法中电弧等离子体设备复杂，成本高，不利于工业化生产。大气压下介质阻挡放电是在大气压产生放电等离子体，活性粒子活性高，放电设备结构简单，对设备要求低，是一种重要的气体放电模式，而且这种放电模式容易实现，可以利用其解决石墨现有提纯技术中的难题。电弧等离子体石墨提纯是利用电弧的高温特性，介质阻挡放电等离子体不具有电弧等离子体的高温，因此不能将石墨中的杂质直接气化，即使电弧等离子体直接将杂质气化，仍然存在象高温法石墨提纯存在的问题，所以不能从根本上解决石墨提纯现有技术存在的问题。介质阻挡放电等离子体可以产生高活性粒子，这就为低温等离子体在石墨提纯
技术领域：
中的应用奠定了坚实的基础。但是在这种石墨提纯技术中，往往装置比较复杂，设备多，维修维护难度大，流程繁琐，等离子体活性粒子与石墨接触不充分，很难将石墨注入到介质阻挡放电间隙中，因为在具有很窄的放电间隙，活性粒子的浓度和产量才高，才能达到预想的效果，这就不能得到很好的石墨提纯效果。利用介质阻挡放电等离子体不能利用其高温将石墨杂质气化，对等离子体利用在石墨提纯技术就提出了更高的要求，本发明的方法打破传统方法的弊端，利用新的机理实现利用等离子体技术进行石墨提纯。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种放电等离子体活性粒子注入石墨提纯方法。本发明通过如下技术方案解决技术问题。所述的一种放电等离子体活性粒子注入石墨提纯方法，包括以下步骤：（1）等离子体活性粒子的制备过程，将氧气注入到介质阻挡放电等离子体发生器中，启动高压电源进行放电，产生等离子体活性粒子。（2）将石墨粉料和溶剂分别加入到石墨反应罐中，充分搅拌，逐渐升高温度，达到一定温度后，停止加热，保温，得到石墨悬浮液。（3）将步骤（1）得到的等离子体活性粒子通入到步骤（2）中的石墨反应罐中，使等离子体活性粒子与石墨悬浮液充分反应，反应一定时间，得到反应产物。（4）将步骤（3）得到的反应产物注入到离心分离机中，在低于200r/min的转速下进行离心分离，将离心残渣分离出去，分离出去的离心残渣为石墨中的杂质成分，保留离心液。（5）将步骤（4）中的分离出去残渣后剩余的离心液在高于7000r/min的转速下继续离心分离，分离出清液后，保留固体产物。（6）将步骤（5）中的固体产物注入到氧化石墨罐中，将一定量的还原剂注入到氧化石墨罐中，在搅拌下加热反应一定时间。（7）将步骤（6）中的反应产物进行固液分离、干燥，即得纯净石墨。作为本发明的一种优选方案，所述方法包括以下具体步骤：（1）等离子体活性粒子的制备过程是将流量为2.5-8.5l/min的氧气，注入到介质阻挡放电等离子体发生器中，启动高压电源进行放电，产生等离子体活性粒子。介质阻挡放电等离子体发生器采用多针-板式放电结构（见附图2），为双气体放电通道，上面、下面分别为两块高压电极，上面的为第一高压电极，下面的为第二高压电极。第一高压电极下方是第一电介质，第一高压电极和第一电介质之间留有放电间隙；第一电介质下面是接地电极，接地电极下面是第二电介质，即两块电介质中间为接地电极，第一电介质、第二电介质和接地电极靠在一起。第二电介质下方是第二高压电极，第二高压电极和第二电介质之间留有放电间隙，气体从两个放电间隙通过，形成气体双通道，可以产生大量高能量的放电等离子体活性粒子。（2）将石墨粉料和纯净水分别加入到石墨反应罐中，为了保证石墨粉料的悬浮性，能够和等离子体活性粒子充分接触，保证石墨分子被等离子体活性粒子包裹，最佳石墨悬浮液中石墨含量为40-70%，充分搅拌，得到石墨悬浮液。为了保证等离子体活性粒子与石墨的化学反应，在石墨悬浮液中按照m石墨:mh2so4=1:50-200的量加入98%的浓硫酸。（3）将步骤（1）得到的等离子体活性粒子，通入到步骤（2）中的石墨反应罐中，反应体系温度为0-25℃，使等离子体活性粒子与石墨悬浮液充分反应，反应40-60min，升高温度到60-80℃，反应1-3小时，得到反应产物。（4）将步骤（3）得到的反应产物注入到离心分离机中，在低于200r/min的转速下进行离心分离，分离15-20min，将离心残渣分离出去，分离出去的离心残渣为石墨中的杂质成分，保留离心液。（5）将步骤（4）中，分离残渣后剩余的离心液在高于7000r/min的转速下继续离心分离，离心分离20-30min，分离出清液后，保留固体产物。（6）将步骤（5）中的固体产物注入到氧化石墨罐中，将一定量的还原剂组合物注入到氧化石墨罐中，在70-100℃条件下反应2-4h。还原剂组合物为水合肼、纯肼、对苯二酚的naoh溶液，naoh纯度为96%，质量比为，水合肼：纯肼：对苯二酚：naoh=1-2:8-20:8-20:1-10。优选的还原剂组合物的比例为，水合肼：纯肼：对苯二酚：naoh=1:20:20:2。（7）将步骤（6）中的反应产物进行固液分离、干燥，即得纯净石墨。利用氧气作为放电气体，在流量为3l/min，m石墨:mh2so4=1:50，反应罐温度0℃反应40min、在60℃反应180min，步骤（4）中转速180r/min、离心20min，步骤e中转速8000r/min、离心25min，水合肼：纯肼：对苯二酚：naoh=1:10:10:1条件下，进行石墨悬浮液中石墨含量实验，结果如下表：序号石墨悬浮液中石墨含量/%提纯石墨含碳量/%14094.325099.636098.747097.4由此可以看出石墨悬浮液中，石墨的含量对提纯效果有着直接的影响。在等离子体活性粒子注入后，石墨含量高，在搅拌下传质速度快，反应比较完全，提纯效果好。在步骤（6）中，设计组合剂实验中，在氧气流量为4l/min，m石墨:mh2so4=1:50，反应罐温度15℃反应50min、在80℃反应100min，步骤（4）中转速180r/min、离心20min，步骤e中转速8000r/min、离心25min，石墨悬浮液中石墨含量50%条件下，进行组合剂设计实验，提纯后石墨含碳量结果如下表：由上表可以看出，组合剂种类、反应时间、反应温度对提纯石墨含碳量均有影响。与现有技术相比，本发明的有益效果是：该发明针对石墨提纯中存在的问题，尤其是利用等离子体进行石墨提纯技术中，利用介质阻挡放电等离子体，放电间隙小，不能将石墨固体置于放电间隙中，直接由放电产生的等离子体活性粒子直接作用，为此，设计了石墨悬浮液，加入硫酸作为催化剂，将等离子体活性粒子通过气体的方式直接注入到石墨悬浮液中，方法简单，易于操作，解决了石墨和等离子体接触不好的难题，工艺参数易于掌控，提纯效果好。附图说明附图1为放电等离子体活性粒子注入石墨提纯装置示意图；图2为等离子体发生器结构示意图。图示：1第一高压电极、2第一电介质、3第二电解质、4第二高压电极、5接地电极、6第一放电通道、7第二放电通道。具体实施方式具体实施例1-4：如附图1所示，所述方法包括以下具体步骤：（1）等离子体活性粒子的制备过程，将氧气注入到介质阻挡放电等离子体发生器中，启动高压电源进行放电，产生等离子体活性粒子。（2）将石墨粉料和溶剂分别加入到石墨反应罐中，充分搅拌，逐渐升高温度，达到一定温度后，停止加热，保温，得到石墨悬浮液。（3）将步骤（1）得到的等离子体活性粒子通入到步骤（2）中的石墨反应罐中，使等离子体活性粒子与石墨悬浮液充分反应，反应一定时间，得到反应产物。（4）将步骤（3）得到的反应产物注入到离心分离机中，在低于200r/min的转速下进行离心分离，将离心残渣分离出去，分离出去的离心残渣为石墨中的杂质成分，保留离心液。（5）将步骤（4）中的分离出去残渣后剩余的离心液在高于7000r/min的转速下继续离心分离，分离出清液后，保留固体产物。（6）将步骤（5）中的固体产物注入到氧化石墨罐中，将一定量的还原剂注入到氧化石墨罐中，在搅拌下加热反应一定时间。（7）将步骤（6）中的反应产物进行固液分离、干燥，即得纯净石墨。步骤（1）中介质阻挡放电等离子体发生器采用多针-板式放电结构（见附图2），为双气体放电通道，上面、下面分别为两块高压电极，上面的为第一高压电极，下面的为第二高压电极。第一高压电极下方是第一电介质，第一高压电极和第一电介质之间留有放电间隙；第一电介质下面是接地电极，接地电极下面是第二电介质，即两块电介质中间为接地电极，第一电介质、第二电介质和接地电极靠在一起。第二电介质下方是第二高压电极，第二高压电极和第二电介质之间留有放电间隙，气体从两个放电间隙通过，形成气体双通道，可以产生大量高能量的放电等离子体活性粒子。放电气体为氧气，阻挡介质为α-al2o3，多针-板式放电结构，双通道，石墨原料含糖量91.2%，其余实施例条件见下表：分离步骤如果杂质分离不完全会严重影响提纯石墨的含碳量，步骤d和步骤e在不同转速下分出杂质，利用石墨与活性粒子反应后的产物比重与杂质成分比重差，进行离心分离。在石墨反应罐中的反应，分别为低温段反应和高温段反应，温度不同，反应时间不同，对等离子体活性粒子和石墨反应产物有比较大的影响。该发明针对石墨提纯中存在的问题，尤其是利用等离子体进行石墨提纯技术中，利用介质阻挡放电等离子体，放电间隙小，不能将石墨固体置于放电间隙中，直接由放电产生的等离子体活性粒子直接作用，制备石墨悬浮液，加入硫酸作为催化剂，将等离子体活性粒子通过气体的方式直接注入到石墨悬浮液中，方法简单，易于操作，解决了石墨和等离子体接触不好的难题，工艺参数易于掌控，提纯效果好。当前第1页12