O método de oxidação química é um método tradicional para preparar grafite expansível. Neste método, a grafite em flocos natural é misturada com oxidante e agente intercalante apropriado, controlada a uma determinada temperatura, agitada constantemente e lavada, filtrada e seca para obter grafite expansível. O método de oxidação química tornou-se um método relativamente maduro na indústria, com as vantagens de equipamento simples, operação conveniente e baixo custo.
As etapas do processo de oxidação química incluem oxidação e intercalação. A oxidação do grafite é a condição básica para a formação de grafite expansível, porque se a reação de intercalação pode prosseguir suavemente depende do grau de abertura entre as camadas de grafite. a temperatura tem excelente estabilidade e resistência a ácidos e álcalis, por isso não reage com ácidos e álcalis, portanto, a adição de oxidante tornou-se um componente chave necessário na oxidação química.
Existem muitos tipos de oxidantes, os oxidantes geralmente usados são oxidantes sólidos (como permanganato de potássio, dicromato de potássio, trióxido de cromo, clorato de potássio, etc.), também podem ser alguns oxidantes líquidos oxidantes (como peróxido de hidrogênio, ácido nítrico, etc.). ). Descobriu-se nos últimos anos que o permanganato de potássio é o principal oxidante utilizado na preparação de grafite expansível.
Sob a ação do oxidante, a grafite é oxidada e as macromoléculas da rede neutra na camada de grafite tornam-se macromoléculas planares com carga positiva. Devido ao efeito repulsivo da mesma carga positiva, a distância entre as camadas de grafite aumenta, o que fornece um canal e espaço para o intercalador entrar suavemente na camada de grafite. No processo de preparação da grafite expansível, o agente intercalante é principalmente ácido. Nos últimos anos, os pesquisadores utilizam principalmente ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido perclórico, ácido misto e ácido acético glacial.
O método eletroquímico está em corrente constante, com a solução aquosa da inserção como eletrólito, grafite e materiais metálicos (material de aço inoxidável, placa de platina, placa de chumbo, placa de titânio, etc.) constituem um ânodo composto, materiais metálicos inseridos no eletrólito como cátodo, formando um circuito fechado; Ou o grafite suspenso no eletrólito, no eletrólito inserido ao mesmo tempo na placa negativa e positiva, através dos dois eletrodos são energizados pelo método, oxidação anódica. A superfície da grafite é oxidada em carbocátion. Ao mesmo tempo, sob a ação combinada de atração eletrostática e difusão por diferença de concentração, íons ácidos ou outros íons intercalantes polares são incorporados entre as camadas de grafite para formar grafite expansível.
Comparado com o método de oxidação química, o método eletroquímico para a preparação de grafite expansível em todo o processo sem o uso de oxidante, a quantidade de tratamento é grande, a quantidade residual de substâncias corrosivas é pequena, o eletrólito pode ser reciclado após a reação, a quantidade de ácido é reduzida, o custo é economizado, a poluição ambiental é reduzida, os danos ao equipamento são baixos e a vida útil é estendida. Nos últimos anos, o método eletroquímico tornou-se gradualmente o método preferido para preparar grafite expansível por muitas empresas com muitas vantagens.
O método de difusão em fase gasosa consiste em produzir grafite expansível entrando em contato com o intercalador com grafite na forma gasosa e reação intercalante. Geralmente, o grafite e a inserção são colocados em ambas as extremidades do reator de vidro resistente ao calor, e o vácuo é bombeado e selado, por isso também é conhecido como método de duas câmaras. Este método é frequentemente usado para sintetizar haleto -EG e metal alcalino -EG na indústria.
Vantagens: a estrutura e a ordem do reator podem ser controladas e os reagentes e produtos podem ser facilmente separados.
Desvantagens: o dispositivo de reação é mais complexo, a operação é mais difícil, então o rendimento é limitado, e a reação deve ser realizada em condições de alta temperatura, o tempo é mais longo e as condições de reação são muito altas, o ambiente de preparação deve ser vácuo, então o custo de produção é relativamente alto, não adequado para aplicações de produção em larga escala.
O método de fase líquida mista consiste em misturar diretamente o material inserido com grafite, sob a proteção da mobilidade do gás inerte ou sistema de vedação para reação de aquecimento para preparar grafite expansível. É comumente usado para a síntese de compostos interlaminares de metal alcalino-grafite (GICs).
Vantagens: O processo de reação é simples, a velocidade de reação é rápida, ao alterar a proporção de matérias-primas e insertos de grafite pode-se atingir uma determinada estrutura e composição de grafite expansível, mais adequada para produção em massa.
Desvantagens: O produto formado é instável, é difícil lidar com a substância inserida livremente aderida à superfície dos GICs e é difícil garantir a consistência dos compostos interlamelares de grafite quando um grande número de sínteses.
O método de fusão consiste em misturar grafite com material intercalado e aquecer para preparar grafite expansível. Com base no fato de que os componentes eutéticos podem diminuir o ponto de fusão do sistema (abaixo do ponto de fusão de cada componente), é um método para a preparação de GICs ternários ou multicomponentes através da inserção simultânea de duas ou mais substâncias (que devem ser capazes de formar um sistema de sal fundido) entre camadas de grafite. Geralmente utilizado na preparação de cloretos metálicos - GICs.
Vantagens: O produto de síntese possui boa estabilidade, fácil de lavar, dispositivo de reação simples, baixa temperatura de reação, tempo curto, adequado para produção em larga escala.
Desvantagens: é difícil controlar a estrutura da ordem e a composição do produto no processo de reação, e é difícil garantir a consistência da estrutura da ordem e da composição do produto na síntese em massa.
O método pressurizado consiste em misturar a matriz de grafite com metal alcalino terroso e pó de metal terroso raro e reagir para produzir M-GICS sob condições pressurizadas.
Desvantagens: Somente quando a pressão de vapor do metal ultrapassa um determinado limite é que a reação de inserção pode ser realizada; No entanto, a temperatura é muito alta, fácil de fazer com que metal e grafite formem carbonetos, reação negativa, então a temperatura de reação deve ser regulada em uma determinada faixa. A temperatura de inserção de metais de terras raras é muito alta, então pressão deve ser aplicada para reduzir a temperatura de reação.Este método é adequado para a preparação de metal-GICS com baixo ponto de fusão, mas o dispositivo é complicado e os requisitos de operação são rigorosos, por isso raramente é usado agora.
O método explosivo geralmente utiliza grafite e agente de expansão como KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O piropiros ou misturas preparadas, quando é aquecida, a grafite irá simultaneamente oxidação e reação de intercalação composto de câmbio, que é então expandido de forma "explosiva", obtendo assim grafite expandido. Quando o sal metálico é utilizado como agente expansor, o produto fica mais complexo, que possui não apenas grafite expandido, mas também metal.
