Kemiallinen hapetusmenetelmä on perinteinen menetelmä paisuvan grafiitin valmistamiseksi. Tässä menetelmässä luonnonhiutalegrafiitti sekoitetaan sopivan hapettimen ja interkaloivan aineen kanssa, säädetään tietyssä lämpötilassa, sekoitetaan jatkuvasti ja pestään, suodatetaan ja kuivataan paisuvan grafiitin saamiseksi. Kemiallisesta hapetusmenetelmästä on tullut suhteellisen kypsä menetelmä teollisuudessa, jonka edut ovat yksinkertaiset laitteet, kätevä käyttö ja alhaiset kustannukset.
Kemiallisen hapettumisen prosessivaiheita ovat hapetus ja interkalaatio. Grafiitin hapettuminen on perusedellytys paisuvan grafiitin muodostumiselle, sillä se, voiko interkalaatioreaktio edetä sujuvasti, riippuu grafiittikerrosten välisen avautumisasteesta. Ja luonnongrafiittia huoneessa lämpötilalla on erinomainen stabiilisuus ja hapon ja alkalin kestävyys, joten se ei reagoi hapon ja alkalin kanssa, joten hapettimen lisäämisestä on tullut välttämätön avainkomponentti kemiallisessa hapetuksessa.
Hapettimia on monenlaisia, yleisesti käytetyt hapettimet ovat kiinteitä hapettimia (kuten kaliumpermanganaatti, kaliumdikromaatti, kromitrioksidi, kaliumkloraatti jne.), voivat olla myös joitain hapettavia nestemäisiä hapettimia (kuten vetyperoksidia, typpihappoa jne.). ). Viime vuosina on havaittu, että kaliumpermanganaatti on tärkein hapetin, jota käytetään paisuvan grafiitin valmistuksessa.
Hapettimen vaikutuksesta grafiitti hapettuu ja grafiittikerroksen neutraalit verkkomakromolekyylit muuttuvat tasomaisiksi makromolekyyleiksi, joilla on positiivinen varaus. Saman positiivisen varauksen hylkivän vaikutuksen ansiosta grafiittikerrosten välinen etäisyys kasvaa, mikä tarjoaa kanavan ja tilan interkalaattorille siirtyä tasaisesti grafiittikerrokseen. Paisuvan grafiitin valmistusprosessissa väliaine on pääasiassa happoa. Viime vuosina tutkijat ovat käyttäneet pääasiassa rikkihappoa, typpihappoa, fosforihappoa, perkloorihappoa, sekahappoa ja jääetikkaa.
Sähkökemiallinen menetelmä on vakiovirrassa, jossa sisäkkeen vesiliuos elektrolyytti, grafiitti ja metallimateriaalit (ruostumaton teräsmateriaali, platinalevy, lyijylevy, titaanilevy jne.) muodostavat komposiittianodin, metallimateriaalit työnnetään sisään. elektrolyytti katodina, joka muodostaa suljetun silmukan; Tai grafiitti keskeytetään elektrolyytissä, elektrolyytissä samanaikaisesti työnnetty negatiiviseen ja positiiviseen levyyn, kahden elektrodin kautta jännitetään menetelmä, anodinen hapetus. Grafiitin pinta hapettuu karbokationiksi. Samanaikaisesti sähköstaattisen vetovoiman ja konsentraatioeron diffuusion yhteisvaikutuksen alaisena happamia ioneja tai muita polaarisia interkalantti-ioneja upotetaan grafiittikerrosten väliin muodostaen laajenevaa grafiittia.
Verrattuna kemialliseen hapetusmenetelmään, sähkökemiallinen menetelmä paisuvan grafiitin valmistamiseksi koko prosessissa ilman hapettimen käyttöä, käsittelymäärä on suuri, syövyttävien aineiden jäännösmäärä on pieni, elektrolyytti voidaan kierrättää reaktion jälkeen, hapon määrä vähenee, kustannukset säästyy, ympäristön saastuminen vähenee, laitteiden vauriot ovat vähäisiä ja käyttöikä pitenee. Viime vuosina sähkökemiallinen menetelmä on vähitellen tullut suositummaksi menetelmäksi paisuvan grafiitin valmistuksessa. monia yrityksiä, joilla on monia etuja.
Kaasufaasidiffuusiomenetelmänä on valmistaa paisuvaa grafiittia saattamalla interkalaattori kosketukseen kaasumaisessa muodossa olevan grafiitin kanssa ja interkalaatioreaktiolla. Yleensä grafiitti ja sisäke sijoitetaan lämmönkestävän lasireaktorin molempiin päihin, ja tyhjiö pumpataan ja tiivistetty, joten se tunnetaan myös kaksikammiomenetelmänä. Tätä menetelmää käytetään usein syntetisoimaan halogenidi-EG ja alkalimetalli-EG teollisuudessa.
Edut: Reaktorin rakenne ja järjestys ovat säädettävissä sekä lähtöaineet ja tuotteet helposti erotettavissa.
Haitat: reaktiolaite on monimutkaisempi, toiminta vaikeampi, joten tuotto on rajoitettu ja reaktio suoritetaan korkeissa lämpötiloissa, aika on pidempi ja reaktioolosuhteet ovat erittäin korkeat, valmistusympäristön on oltava olla tyhjiö, joten tuotantokustannukset ovat suhteellisen korkeat, ei sovellu suuriin tuotantosovelluksiin.
Sekoitettu nestefaasimenetelmä on sekoittaa sisään lisätty materiaali suoraan grafiitin kanssa suojakaasun liikkuvuuden suojassa tai tiivistysjärjestelmässä kuumennusreaktiota varten paisuvan grafiitin valmistamiseksi. Sitä käytetään yleisesti alkalimetalli-grafiitti interlaminaaristen yhdisteiden (GIC) synteesiin.
Edut: Reaktioprosessi on yksinkertainen, reaktionopeus on nopea, muuttamalla grafiittiraaka-aineiden ja inserttien suhdetta voidaan saavuttaa tietty laajennettavan grafiitin rakenne ja koostumus, joka sopii paremmin massatuotantoon.
Haitat: Muodostunut tuote on epästabiili, on vaikea käsitellä vapaasti lisättyä ainetta, joka on kiinnittynyt GIC:ien pintaan, ja on vaikea varmistaa grafiitin interlamellaaristen yhdisteiden konsistenssi, kun synteesiä tehdään suuri määrä.
Sulamismenetelmänä on sekoittaa grafiittia interkaloituvaan materiaaliin ja lämmittää paisuvan grafiitin valmistamiseksi. Koska eutektiset komponentit voivat alentaa järjestelmän sulamispistettä (kunkin komponentin sulamispisteen alapuolelle), se on menetelmä, jolla valmistetaan kolmikomponenttiset tai monikomponenttiset GIC:t lisäämällä kahta tai useampaa ainetta (jonka on kyettävä muodostamaan sulan suolajärjestelmän) grafiittikerrosten väliin samanaikaisesti.Käytetään yleensä metallikloridien valmistukseen - GIC:t.
Edut: Synteesituotteella on hyvä stabiilisuus, helppo pestä, yksinkertainen reaktiolaite, alhainen reaktiolämpötila, lyhyt aika, sopii laajamittaiseen tuotantoon.
Haitat: tuotteen järjestysrakennetta ja koostumusta on vaikea kontrolloida reaktioprosessissa, ja tuotteen tilausrakenteen ja koostumuksen yhtenäisyyttä on vaikea varmistaa massasynteesissä.
Paineistetussa menetelmässä grafiittimatriisia sekoitetaan maa-alkalimetalli- ja harvinaisten maametallijauheiden kanssa ja reagoidaan M-GICS:n tuottamiseksi paineistetuissa olosuhteissa.
Haitat: Ainoastaan kun metallin höyrynpaine ylittää tietyn kynnyksen, voidaan suorittaa lisäysreaktio; Lämpötila on kuitenkin liian korkea, metallin ja grafiitin muodostuminen karbideja on helppoa, negatiivinen reaktio, joten reaktiolämpötilaa on säädettävä tietyllä alueella. Harvinaisten maametallien syöttölämpötila on erittäin korkea, joten niihin on kohdistettava painetta. alenna reaktiolämpötilaa. Tämä menetelmä soveltuu matalan sulamispisteen metalli-GICS:n valmistukseen, mutta laite on monimutkainen ja toimintavaatimukset ovat tiukat, joten sitä käytetään nykyään harvoin.
Räjähdysmenetelmässä käytetään yleensä grafiittia ja paisunta-aineita, kuten KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O pyropyros tai valmistetut seokset, joita kuumennettaessa grafiitti hapettaa ja interkalaatioreaktiossa samanaikaisesti kambiumyhdistettä, joka sitten paisutetaan "räjähdysmäisellä" tavalla, jolloin saadaan paisunutta grafiittia. Kun metallisuolaa käytetään paisutusaineena, tuote on monimutkaisempi, ja siinä ei ole vain paisunutta grafiittia, vaan myös metallia.
