具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

名词解释：可膨胀石墨：石墨晶体具有由碳元素组成的六角网平面层状结构。层平面上的碳原子以强有力的共价键结合，而层与层间以范德华力结合，结合非常弱，而且层间距离较大。因此，在适当的条件下，酸、碱金属、盐类等多种化学物质可插入石墨层间，并与碳原子结合形成新的化学相——石墨层间化合物。这种层间化合物在加热到适当温度时，可瞬间迅速分解，产生大量气体，使石墨沿轴方向膨胀成蠕虫状的新物质，即膨胀石墨。这种未膨胀的石墨层间化合物就是可膨胀石墨。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

申请人在发明过程中发现：鳞片石墨的氧化过程是从外圈向内部中间进行逐步氧化，添加同种类氧化剂的多少并不影响鳞片石墨的氧化速率，氧化速率是由石墨本身特性决定的，例如不同石墨矿源的鳞片石墨，其层间结合力不同，结合力弱的石墨更容易氧化，片层尺寸大的可石墨膨胀其膨胀倍率高，鳞片石墨结晶度差的氧化速率快等，本申请的目的是破坏石墨片层结构，增加鳞片石墨的面缺陷，从而增加石墨晶格间的通道，使得更多氧化性酸以及插层剂可以顺着通道进入石墨的内部，加快氧化的反应速率以及提高氧化和插层的效果。

根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种可膨胀石墨的制备方法，所述方法包括：

S1.将原料石墨进行淬火，获得预处理石墨；

具体而言，将鳞片石墨快速加热到600℃以上，待石墨泛红后，马上倒入冰水中使石墨骤冷。

采用以上设计，破坏石墨片层结构，增加鳞片石墨的面缺陷，从而增加石墨晶格间的通道，使得更多氧化性酸以及插层剂可以顺着通道进入石墨的内部，加快氧化的反应速率以及提高氧化和插层的效果。

S2.将所述预处理石墨进行水分脱除，获得待反应石墨；

一般而言，水分脱除采用压滤处理。

S3.将所述待反应石墨进行可膨胀石墨反应，获得可膨胀石墨；

可选的，可膨胀石墨反应包括：烘干活化和插层处理；烘干活化采用热风加热，所述烘干活化的待反应石墨的终点温度为200℃-400℃，插层处理可以采用现有高锰酸钾法(硫酸和高锰酸钾为原料)，双氧水法(硫酸和双氧水为原料)、重铬酸钠法(硫酸和重铬酸钠为原料)或高氯酸法(高氯酸为原料)。

采用以上设计，通过加温活化石墨片层键能，使得插层反应所需的自由能降低，提升反应速度，达到更好的氧化和插层反应效果。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种可膨胀石墨，所述可膨胀石墨采用如上所述的可膨胀石墨的制备方法制得。根据所采用的方法的不同，所述可膨胀石墨的膨胀倍率为260-850倍。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种可膨胀石墨的生产系统，所述系统包括：

淬火单元，用以将原料石墨进行淬火，获得预处理石墨；

脱水单元，用以将所述预处理石墨进行水分脱除，获得待反应石墨，所述脱水单元连通所述淬火单元，用以接收所述预处理石墨；

可膨胀石墨反应单元，用以将所述待反应石墨进行可膨胀石墨反应，获得可膨胀石墨，所述可膨胀石墨反应单元连通所述脱水单元，用以接受所述待反应石墨，所述可膨胀石墨反应单元包括擦层处理单元，用以完成待反应石墨的插层氧化。

作为有一种可选的实施方式，系统还包括烘干活化单元，用以将所述待反应石墨进行烘干活化，所述烘干活化单元设于所述脱水单元和所述可膨胀石墨反应单元之间。具体而言，烘干活化单元为烘干滚筒。

进行预处理淬火和不淬火的常规工艺进行膨胀倍率实验，实验中采用等量氧化剂，结果如下表所示：

通过上表可得经过淬火预处理的可膨胀石墨倍率有超过100倍的提升，远超过传统的高温活化工艺。

附图2-7的详细说明：

如图2和图3所示，为常规的鳞片石墨的扫描电镜图，由图可得，石墨呈现片状，表面平滑。层厚大概为2-5微米，根据不同大小的鳞片石墨，其厚度也不同，石墨层间距为0.34纳米。说明每片鳞片石墨，都是上万层单层石墨烯组成；

如图4所示，为正常的可膨胀石墨的扫描电镜图，从图中可以看到鳞片石墨变厚了，这是因为鳞片石墨经过氧化处理，增大了层间距，弱化了石墨层间作用力，反应活性增强，硫酸等插层剂可以进入到鳞片石墨内部进行反应，附着在石墨层中。

如图5所示，为加热处理后可膨胀石墨的扫描电镜图，明显其呈现蠕虫状，这是由于可膨胀石墨内部的硫酸根离子受热后，释放大量气体，打开了石墨片层。膨胀倍率是指可膨胀石墨膨胀的大小。

如图6和图7所示，为采用淬火工艺制得的预处理石墨的扫描电镜图，从图中可以明显的看出，鳞片石墨层状结构非常明显，表面及边缘参差不齐，这样有利于酸液的渗入。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本发明实施例提供的方法通过淬火预处理，破坏石墨片层结构，增加鳞片石墨的面缺陷，从而增加石墨晶格间的通道，使得更多氧化性酸以及插层剂可以顺着通道进入石墨的内部，加快氧化的反应速率以及提高氧化和插层的效果；

(2)本发明实施例提供的方法通过烘干滚筒加热处理，起到减少水分并活化鳞片石墨的作用，使得石墨层间裂痕进一步扩张，晶格间通道打开，更容易使得氧化剂和酸渗透入石墨间层内；

(3)本发明实施例提供的方法制备可膨胀石墨的倍率上限提高100倍以上。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。