Ход работы

Расширяемый процесс производства графита

Химическое окисление

Метод химического окисления - традиционный метод получения расширяемого графита. В этом методе природный чешуйчатый графит смешивается с соответствующим окислителем и интеркалирующим агентом, контролируется при определенной температуре, постоянно перемешивается, промывается, фильтруется и сушится для получения расширяемого графита. Метод химического окисления стал относительно зрелым методом в промышленности с преимуществами простого оборудования, удобного управления и низкой стоимости.

Стадии процесса химического окисления включают в себя окисление и интеркаляцию. Окисление графита является основным условием образования расширяемого графита, потому что возможность плавного протекания реакции интеркаляции зависит от степени раскрытия между слоями графита. Температура обладает превосходной стабильностью и стойкостью к кислотам и щелочам, поэтому не вступает в реакцию с кислотами и щелочами, поэтому добавление окислителя стало необходимым ключевым компонентом химического окисления.

Существует много видов окислителей, обычно используемые окислители - это твердые окислители (такие как перманганат калия, дихромат калия, триоксид хрома, хлорат калия и т. Д.), Также могут быть некоторые окисляющие жидкие окислители (такие как перекись водорода, азотная кислота и т. Д.) ). В последние годы обнаружено, что перманганат калия является основным окислителем, используемым при получении расширяемого графита.

Под действием окислителя графит окисляется, и макромолекулы нейтральной сетки в слое графита становятся плоскими макромолекулами с положительным зарядом. Из-за отталкивающего эффекта того же положительного заряда расстояние между слоями графита увеличивается, что обеспечивает канал и пространство для плавного входа интеркалятора в слой графита. В процессе получения расширяемого графита интеркалирующий агент в основном представляет собой кислоту. В последние годы исследователи в основном используют серную кислоту, азотную кислоту, фосфорную кислоту, хлорную кислоту, смешанную кислоту и ледяную уксусную кислоту.

Chemical-oxidation

Электрохимический метод

Электрохимический метод заключается в постоянном токе с водным раствором вставки в качестве электролита, графита и металлических материалов (материал из нержавеющей стали, платиновая пластина, свинцовая пластина, титановая пластина и т. Д.), Составляющих композитный анод, металлические материалы, вставленные в электролит в качестве катода, образуя замкнутый контур; Или графит, взвешенный в электролите, в электролите, одновременно вставленный в отрицательную и положительную пластины, через два электрода возбуждается методом анодного окисления. Поверхность графита окислена 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 с образованием расширяемого графита.
По сравнению с методом химического окисления, электрохимическим методом получения расширяемого графита в целом процессе без использования окислителя, количество обработки велико, остаточное количество коррозионных веществ мало, электролит может быть переработан после реакции, количество кислоты уменьшается, затраты сокращаются, загрязнение окружающей среды снижается, повреждения оборудования незначительны, а срок службы увеличивается. В последние годы электрохимический метод постепенно стал предпочтительным методом получения расширяемого графита путем много предприятий с множеством преимуществ.

Метод газофазной диффузии (двухкомпонентный метод)

Метод газофазной диффузии заключается в производстве расширяемого графита путем контактирования интеркалятора с графитом в газообразной форме и реакции интеркалирования. Как правило, графит и вставка размещаются на обоих концах термостойкого стеклянного реактора, а вакуум откачивается и герметизированный, поэтому он также известен как двухкамерный метод. Этот метод часто используется для синтеза галогенида -EG и -EG щелочного металла в промышленности.
Преимущества: можно контролировать структуру и порядок реактора, а также легко разделять реагенты и продукты.
Недостатки: устройство реакции более сложное, работа сложнее, поэтому производительность ограничена, и реакция должна проводиться в условиях высоких температур, время больше, условия реакции очень высокие, среда приготовления должна быть вакуумным, поэтому стоимость производства относительно высока, что не подходит для крупномасштабных производственных приложений.

Метод смешанной жидкой фазы

Метод смешанной жидкой фазы заключается в непосредственном смешивании вставленного материала с графитом под защитой подвижности инертного газа или системы уплотнения для реакции нагрева с целью получения расширяемого графита. Он обычно используется для синтеза интерламинарных соединений щелочного металла и графита (GIC).
Преимущества: Процесс реакции прост, скорость реакции высокая, изменяя соотношение графитового сырья и вставок, можно достичь определенной структуры и состава расширяемого графита, более подходящего для массового производства.
Недостатки: образующийся продукт нестабилен, трудно бороться со свободно внедренным веществом, прикрепленным к поверхности ГИС, и трудно обеспечить консистенцию межламеллярных соединений графита при большом количестве синтеза.

Mixed-liquid-phase-method

Метод плавления

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 точки плавления каждого компонента), это метод приготовления трехкомпонентные или многокомпонентные GIC путем одновременного введения двух или более веществ (которые должны быть способны образовывать систему расплавленных солей) между слоями графита. Обычно используются при получении хлоридов металлов - GIC.
Преимущества: Продукт синтеза имеет хорошую стабильность, легко отмывается, простое реакционное устройство, низкая температура реакции, короткое время, подходит для крупномасштабного производства.
Недостатки: сложно контролировать структуру заказа и состав продукта в процессе реакции, и трудно обеспечить согласованность структуры заказа и состава продукта при массовом синтезе.

Метод сжатия

Метод под давлением заключается в смешивании графитовой матрицы с порошком щелочноземельного металла и редкоземельного металла и реакции с образованием M-GICS в условиях повышенного давления.
Недостатки: только когда давление пара металла превышает определенный порог, может происходить реакция внедрения; Однако температура слишком высока, легко вызвать образование карбидов из металла и графита, отрицательная реакция, поэтому температуру реакции необходимо регулировать в определенном диапазоне. Температура введения редкоземельных металлов очень высока, поэтому необходимо прикладывать давление к снизить температуру реакции. Этот метод подходит для получения металлических ГИКС с низкой температурой плавления, но устройство сложное, а требования к эксплуатации жесткие, поэтому в настоящее время он используется редко.

Метод взрыва

Взрывной метод обычно использует графит и расширительный агент, такой как KClO4, Mg (ClO4) 2 · nH2O, Zn (NO3) 2 · nH2O, пиропирос или смеси, приготовленные, когда он нагревается, графит будет одновременно окислять и интеркалировать соединение камбия, которое затем расширяется "взрывным" способом, получая, таким образом, расширенный графит. Когда соль металла используется в качестве расширительного агента, продукт получается более сложным, в котором есть не только расширенный графит, но и металл.

The-explosion-method