Метод химического окисления является традиционным методом получения расширяемого графита. В этом методе природный чешуйчатый графит смешивают с соответствующим окислителем и интеркалирующим агентом, поддерживают определенную температуру, постоянно перемешивают, промывают, фильтруют и сушат для получения расширяемого графита. Метод химического окисления стал относительно зрелым методом в промышленности с преимуществами простого оборудования, удобства эксплуатации и низкой стоимости.
Стадии процесса химического окисления включают окисление и интеркаляцию. Окисление графита является основным условием образования расширяемого графита, поскольку возможность протекания реакции интеркаляции плавно зависит от степени раскрытия между слоями графита. И природный графит при комнатной температуре Температура обладает превосходной стабильностью и устойчивостью к кислотам и щелочам, поэтому он не вступает в реакцию с кислотами и щелочами, поэтому добавление окислителя стало необходимым ключевым компонентом при химическом окислении.
Существует много видов окислителей, обычно используемые окислители представляют собой твердые окислители (такие как перманганат калия, дихромат калия, триоксид хрома, хлорат калия и т. д.), также могут быть некоторые окисляющие жидкие окислители (например, перекись водорода, азотная кислота и т. д.). ). В последние годы установлено, что перманганат калия является основным окислителем, используемым при получении вспенивающегося графита.
Под действием окислителя графит окисляется и нейтральные сетчатые макромолекулы в графитовом слое превращаются в плоские макромолекулы с положительным зарядом. За счет отталкивающего действия того же положительного заряда расстояние между слоями графита увеличивается, что обеспечивает канал и пространство для плавного входа интеркалятора в слой графита. В процессе приготовления расширяющегося графита интеркалирующим агентом является в основном кислота. В последние годы исследователи в основном используют серную кислоту, азотную кислоту, фосфорную кислоту, хлорную кислоту, смешанную кислоту и ледяную уксусную кислоту.
Электрохимический метод заключается в использовании постоянного тока, при этом водный раствор вставки в качестве электролита, графит и металлические материалы (материал из нержавеющей стали, платиновая пластина, свинцовая пластина, титановая пластина и т. д.) составляют композитный анод, металлические материалы, вставленные в электролит в качестве катода, образующий замкнутый контур; Или графит, суспендированный в электролите, в электролите одновременно вставлен в отрицательную и положительную пластину, через два электрода подается напряжение методом анодного окисления. Поверхность графита окисляется до карбокатиона. В то же время под совместным действием электростатического притяжения и диффузии разности концентраций ионы кислоты или другие полярные ионы интеркалянта внедряются между слоями графита, образуя расширяемый графит.
По сравнению с методом химического окисления, электрохимический метод получения расширяющегося графита в целом без использования окислителя, объем обработки велик, остаточное количество коррозионных веществ невелико, электролит может быть переработан после реакции, количество кислоты уменьшается, стоимость снижается, загрязнение окружающей среды уменьшается, повреждение оборудования является низким, а срок службы продлевается. В последние годы электрохимический метод постепенно стал предпочтительным методом приготовления расширяемого графита путем много предприятий со многими преимуществами.
Метод газофазной диффузии заключается в получении расширяемого графита путем контакта интеркалятора с графитом в газообразной форме и реакции интеркалирования. Обычно графит и вставка размещаются на обоих концах термостойкого стеклянного реактора, а вакуум накачивается и герметичный, поэтому он также известен как двухкамерный метод. Этот метод часто используется для синтеза галогенида -ЭГ и щелочного металла -ЭГ в промышленности.
Преимущества: структуру и порядок реактора можно контролировать, реагенты и продукты легко разделять.
Недостатки: реакционное устройство более сложное, операция более сложная, поэтому производительность ограничена, реакция должна проводиться в условиях высокой температуры, время больше, а условия реакции очень высокие, необходима среда для приготовления. быть вакуумом, поэтому стоимость производства относительно высока и не подходит для крупномасштабного производства.
Метод смешанной жидкой фазы заключается в непосредственном смешивании введенного материала с графитом под защитой подвижности инертного газа или системы уплотнения для реакции нагрева для приготовления расширяемого графита. Его обычно используют для синтеза межслоистых соединений щелочного металла и графита (GIC).
Преимущества: Процесс реакции прост, скорость реакции быстрая, за счет изменения соотношения графитового сырья и вставок можно достичь определенной структуры и состава расширяемого графита, более подходящего для массового производства.
Недостатки: Образующийся продукт нестабилен, трудно бороться со свободным внедренным веществом, прикрепленным к поверхности ГИТ, трудно обеспечить консистенцию межпластинчатых соединений графита при большом количестве синтеза.
Метод плавления заключается в смешивании графита с интеркалирующим материалом и нагревании для получения расширяемого графита. Основываясь на том факте, что эвтектические компоненты могут снизить температуру плавления системы (ниже температуры плавления каждого компонента), это метод приготовления трехкомпонентные или многокомпонентные ГИК путем введения двух или более веществ (которые должны быть способны образовывать систему расплавленных солей) между слоями графита одновременно. Обычно используются при получении хлоридов металлов - ГИК.
Преимущества: Продукт синтеза имеет хорошую стабильность, легко моется, простое реакционное устройство, низкую температуру реакции, короткое время, подходит для крупномасштабного производства.
Недостатки: сложно контролировать порядковую структуру и состав продукта в процессе реакции, трудно обеспечить согласованность порядковой структуры и состава продукта при массовом синтезе.
Метод под давлением заключается в смешивании графитовой матрицы с порошками щелочноземельных и редкоземельных металлов и реакции с получением M-GICS в условиях повышенного давления.
Недостатки: Реакция внедрения может быть осуществлена только тогда, когда давление паров металла превышает определенный порог; Однако температура слишком высока, легко вызвать образование карбидов металла и графита, отрицательную реакцию, поэтому температуру реакции необходимо регулировать в определенном диапазоне. Температура введения редкоземельных металлов очень высока, поэтому необходимо прикладывать давление к снизить температуру реакции. Этот метод пригоден для получения металлов-ГИКС с низкой температурой плавления, но устройство сложное и требования к эксплуатации жесткие, поэтому в настоящее время его применяют редко.
При взрывном методе обычно используются графит и расширяющий агент, такой как KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O, пиропирос или приготовленные смеси. При нагревании графит будет одновременно окислением и реакцией интеркаляции соединения камбия, которое затем расширяются «взрывным» способом, получая таким образом расширенный графит. Когда в качестве расширителя используют соли металлов, получается более сложный продукт, в котором имеется не только расширенный графит, но и металл.
