Die chemische Oxidationsmethode ist eine traditionelle Methode zur Herstellung von Blähgraphit. Bei diesem Verfahren wird natürlicher Flockengraphit mit einem geeigneten Oxidations- und Interkalationsmittel vermischt, bei einer bestimmten Temperatur kontrolliert, ständig gerührt und gewaschen, filtriert und getrocknet, um Blähgraphit zu erhalten. Die chemische Oxidationsmethode hat sich in der Industrie zu einer relativ ausgereiften Methode entwickelt und bietet die Vorteile einer einfachen Ausrüstung, einer bequemen Bedienung und niedriger Kosten.
Zu den Prozessschritten der chemischen Oxidation gehören Oxidation und Interkalation. Die Oxidation von Graphit ist die Grundvoraussetzung für die Bildung von Blähgraphit, denn ob die Interkalationsreaktion reibungslos ablaufen kann, hängt vom Grad der Öffnung zwischen den Graphitschichten ab. Und natürlicher Graphit bei Raumtemperatur Die Temperatur weist eine ausgezeichnete Stabilität sowie Säure- und Alkalibeständigkeit auf, so dass es nicht mit Säure und Alkali reagiert. Daher ist die Zugabe von Oxidationsmittel zu einer notwendigen Schlüsselkomponente bei der chemischen Oxidation geworden.
Es gibt viele Arten von Oxidationsmitteln. Im Allgemeinen werden feste Oxidationsmittel (wie Kaliumpermanganat, Kaliumdichromat, Chromtrioxid, Kaliumchlorat usw.) verwendet. Es können auch einige oxidierende flüssige Oxidationsmittel (wie Wasserstoffperoxid, Salpetersäure usw.) sein. ). In den letzten Jahren wurde festgestellt, dass Kaliumpermanganat das Hauptoxidationsmittel bei der Herstellung von Blähgraphit ist.
Unter der Wirkung des Oxidationsmittels wird Graphit oxidiert und die neutralen Netzwerkmakromoleküle in der Graphitschicht werden zu planaren Makromolekülen mit positiver Ladung. Aufgrund der abstoßenden Wirkung derselben positiven Ladung vergrößert sich der Abstand zwischen den Graphitschichten, wodurch ein Kanal und Raum für den reibungslosen Eintritt des Interkalators in die Graphitschicht entsteht. Bei der Herstellung von Blähgraphit ist das Interkalationsmittel hauptsächlich Säure. In den letzten Jahren verwenden Forscher hauptsächlich Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Perchlorsäure, Mischsäure und Eisessig.
Das elektrochemische Verfahren erfolgt in einem konstanten Strom, wobei die wässrige Lösung des Einsatzes als Elektrolyt, Graphit und Metallmaterialien (Edelstahlmaterial, Platinplatte, Bleiplatte, Titanplatte usw.) eine Verbundanode bilden, in die Metallmaterialien eingefügt werden Elektrolyt als Kathode, der einen geschlossenen Kreislauf bildet; Oder der im Elektrolyten suspendierte Graphit wird gleichzeitig in die negative und positive Platte des Elektrolyten eingefügt und durch die beiden Elektroden mit Energie versorgt, anodische Oxidation. Die Oberfläche von Graphit wird zu Carbokation oxidiert. Gleichzeitig werden durch die kombinierte Wirkung von elektrostatischer Anziehung und Konzentrationsunterschiedsdiffusion Säureionen oder andere polare Interkalationsionen zwischen den Graphitschichten eingebettet, um expandierbaren Graphit zu bilden.
Im Vergleich zur chemischen Oxidationsmethode, der elektrochemischen Methode zur Herstellung von Blähgraphit im gesamten Prozess ohne Verwendung von Oxidationsmitteln, ist die Behandlungsmenge groß, die Restmenge an korrosiven Substanzen ist gering, der Elektrolyt kann nach der Reaktion recycelt werden. Die Säuremenge wird reduziert, die Kosten werden gespart, die Umweltverschmutzung wird reduziert, der Schaden an der Ausrüstung ist gering und die Lebensdauer wird verlängert. In den letzten Jahren hat sich die elektrochemische Methode nach und nach zur bevorzugten Methode zur Herstellung von Blähgraphit durch entwickelt viele Unternehmen mit vielen Vorteilen.
Bei der Gasphasendiffusionsmethode wird expandierbarer Graphit hergestellt, indem der Interkalator mit gasförmigem Graphit in Kontakt gebracht und eine Interkalationsreaktion durchgeführt wird. Im Allgemeinen werden Graphit und Einsatz an beiden Enden des hitzebeständigen Glasreaktors platziert und das Vakuum gepumpt versiegelt, daher wird es auch als Zweikammerverfahren bezeichnet. Dieses Verfahren wird in der Industrie häufig zur Synthese von Halogenid-EG und Alkalimetall-EG verwendet.
Vorteile: Die Struktur und Reihenfolge des Reaktors kann kontrolliert werden und die Reaktanten und Produkte können leicht getrennt werden.
Nachteile: Das Reaktionsgerät ist komplexer, der Betrieb ist schwieriger, daher ist die Leistung begrenzt, und die Reaktion muss unter Hochtemperaturbedingungen durchgeführt werden, die Zeit ist länger und die Reaktionsbedingungen sind sehr hoch, und die Vorbereitungsumgebung muss angepasst werden Da es sich um ein Vakuum handelt, sind die Produktionskosten relativ hoch und nicht für großtechnische Produktionsanwendungen geeignet.
Bei der Methode der gemischten Flüssigphase wird das eingesetzte Material direkt mit Graphit vermischt, unter Schutz der Mobilität eines Inertgases oder eines Dichtungssystems für die Erhitzungsreaktion, um Blähgraphit herzustellen. Es wird üblicherweise für die Synthese von interlaminaren Alkalimetall-Graphit-Verbindungen (GICs) verwendet.
Vorteile: Der Reaktionsprozess ist einfach, die Reaktionsgeschwindigkeit ist schnell, durch Änderung des Verhältnisses von Graphitrohstoffen und Einsätzen kann eine bestimmte Struktur und Zusammensetzung von Blähgraphit erreicht werden, die besser für die Massenproduktion geeignet ist.
Nachteile: Das gebildete Produkt ist instabil, es ist schwierig, mit der freien eingefügten Substanz umzugehen, die an der Oberfläche von GICs haftet, und es ist schwierig, die Konsistenz der interlamellaren Graphitverbindungen bei einer großen Anzahl von Synthesen sicherzustellen.
Die Schmelzmethode besteht darin, Graphit mit interkalierendem Material zu mischen und zu erhitzen, um Blähgraphit herzustellen. Basierend auf der Tatsache, dass eutektische Komponenten den Schmelzpunkt des Systems senken können (unter den Schmelzpunkt jeder Komponente), handelt es sich um eine Methode zur Herstellung von Ternäre oder Mehrkomponenten-GICs durch gleichzeitiges Einbringen von zwei oder mehr Substanzen (die in der Lage sein müssen, ein geschmolzenes Salzsystem zu bilden) zwischen Graphitschichten. Wird im Allgemeinen bei der Herstellung von Metallchloriden (GICs) verwendet.
Vorteile: Das Syntheseprodukt weist eine gute Stabilität auf, ist leicht zu waschen, verfügt über eine einfache Reaktionsvorrichtung, niedrige Reaktionstemperatur, kurze Zeit und ist für die Produktion im großen Maßstab geeignet.
Nachteile: Es ist schwierig, die Ordnungsstruktur und Zusammensetzung des Produkts im Reaktionsprozess zu kontrollieren, und es ist schwierig, die Konsistenz der Ordnungsstruktur und Zusammensetzung des Produkts in der Massensynthese sicherzustellen.
Bei der Druckmethode wird die Graphitmatrix mit Erdalkalimetall- und Seltenerdmetallpulver gemischt und unter Druckbedingungen zur Herstellung von M-GICS umgesetzt.
Nachteile: Erst wenn der Dampfdruck des Metalls einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, kann die Einfügungsreaktion durchgeführt werden; Allerdings ist die Temperatur zu hoch, was leicht dazu führt, dass Metall und Graphit Karbide bilden, eine negative Reaktion, daher muss die Reaktionstemperatur in einem bestimmten Bereich reguliert werden. Die Einfügungstemperatur von Seltenerdmetallen ist sehr hoch, daher muss Druck ausgeübt werden Reduzieren Sie die Reaktionstemperatur. Diese Methode eignet sich für die Herstellung von Metall-GICS mit niedrigem Schmelzpunkt, aber das Gerät ist kompliziert und die Betriebsanforderungen sind streng, sodass es derzeit nur noch selten verwendet wird.
Bei der Sprengmethode werden im Allgemeinen Graphit und Expansionsmittel wie KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O oder Pyropyros-Mischungen verwendet. Wenn es erhitzt wird, führt Graphit gleichzeitig zu einer Oxidations- und Interkalationsreaktion der Kambiumverbindung, die dann entsteht Auf „explosive“ Weise expandiert, wodurch Blähgraphit entsteht. Wenn Metallsalz als Blähmittel verwendet wird, entsteht ein komplexeres Produkt, das nicht nur Blähgraphit, sondern auch Metall enthält.
