طريقة الأكسدة الكيميائية هي طريقة تقليدية لتحضير الجرافيت القابل للتمدد. في هذه الطريقة، يتم خلط رقائق الجرافيت الطبيعية مع عامل مؤكسد ومقحم مناسب، ويتم التحكم فيها عند درجة حرارة معينة، وتحريكها باستمرار، وغسلها، وتصفيتها، وتجفيفها للحصول على جرافيت قابل للتمدد. لقد أصبحت طريقة الأكسدة الكيميائية طريقة ناضجة نسبيًا في الصناعة مع مزايا المعدات البسيطة والتشغيل المريح والتكلفة المنخفضة.
تتضمن خطوات عملية الأكسدة الكيميائية الأكسدة والإقحام. إن أكسدة الجرافيت هي الشرط الأساسي لتكوين الجرافيت القابل للتمدد، لأن إمكانية استمرار تفاعل الإقحام بسلاسة يعتمد على درجة الانفتاح بين طبقات الجرافيت. والجرافيت الطبيعي في الغرفة تتميز درجة الحرارة بثبات ممتاز ومقاومة للأحماض والقلويات، لذلك لا تتفاعل مع الأحماض والقلويات، لذلك أصبحت إضافة المادة المؤكسدة مكونًا رئيسيًا ضروريًا في الأكسدة الكيميائية.
هناك أنواع عديدة من المؤكسدات، المؤكسدات المستخدمة بشكل عام هي المؤكسدات الصلبة (مثل برمنجنات البوتاسيوم، ثنائي كرومات البوتاسيوم، ثالث أكسيد الكروم، كلورات البوتاسيوم، إلخ)، ويمكن أيضًا أن تكون بعض المؤكسدات السائلة المؤكسدة (مثل بيروكسيد الهيدروجين، وحمض النيتريك، وما إلى ذلك). ). وتبين في السنوات الأخيرة أن برمنجنات البوتاسيوم هي المادة المؤكسدة الرئيسية المستخدمة في تحضير الجرافيت القابل للتمدد.
تحت تأثير المؤكسد، يتأكسد الجرافيت وتصبح الجزيئات الكبيرة للشبكة المحايدة في طبقة الجرافيت جزيئات كبيرة مستوية ذات شحنة موجبة. وبسبب التأثير التنافر لنفس الشحنة الموجبة، تزداد المسافة بين طبقات الجرافيت، مما يوفر قناة ومساحة للمقحم للدخول إلى طبقة الجرافيت بسلاسة. في عملية تحضير الجرافيت القابل للتوسيع، يكون العامل المقحم هو الحمض بشكل أساسي. في السنوات الأخيرة، استخدم الباحثون بشكل رئيسي حمض الكبريتيك، وحمض النيتريك، وحمض الفوسفوريك، وحمض البيركلوريك، والحمض المختلط وحمض الأسيتيك الجليدي.
الطريقة الكهروكيميائية في تيار مستمر، مع المحلول المائي للإدخال مثل المنحل بالكهرباء والجرافيت والمواد المعدنية (مادة الفولاذ المقاوم للصدأ، لوحة البلاتين، لوحة الرصاص، لوحة التيتانيوم، وما إلى ذلك) تشكل أنود مركب، والمواد المعدنية المدرجة في المنحل بالكهرباء ككاثود، وتشكيل حلقة مغلقة؛ أو الجرافيت المعلق في المنحل بالكهرباء، في المنحل بالكهرباء في نفس الوقت يتم إدراجه في اللوحة السلبية والإيجابية، من خلال القطبين يتم تنشيط الطريقة، أكسدة انوديك. يتأكسد سطح الجرافيت إلى كاربوكاتيون. في الوقت نفسه، في ظل العمل المشترك للجذب الكهروستاتيكي وانتشار فرق التركيز، يتم دمج الأيونات الحمضية أو الأيونات القطبية الأخرى بين طبقات الجرافيت لتشكيل الجرافيت القابل للتوسيع.
بالمقارنة مع طريقة الأكسدة الكيميائية، الطريقة الكهروكيميائية لإعداد الجرافيت القابل للتوسيع في العملية برمتها دون استخدام المؤكسد، كمية المعالجة كبيرة، والكمية المتبقية من المواد المسببة للتآكل صغيرة، ويمكن إعادة تدوير المنحل بالكهرباء بعد التفاعل، يتم تقليل كمية الحمض، وتوفير التكلفة، وتقليل التلوث البيئي، وتقليل الأضرار التي تلحق بالمعدات، وتمديد عمر الخدمة. في السنوات الأخيرة، أصبحت الطريقة الكهروكيميائية تدريجيًا هي الطريقة المفضلة لإعداد الجرافيت القابل للتوسيع عن طريق العديد من الشركات مع العديد من المزايا.
تتمثل طريقة انتشار الطور الغازي في إنتاج جرافيت قابل للتوسيع عن طريق ملامسة المقحم مع الجرافيت في شكل غازي وتفاعل مقحم. بشكل عام، يتم وضع الجرافيت والمدخل على طرفي المفاعل الزجاجي المقاوم للحرارة، ويتم ضخ الفراغ و مختومة، لذلك تُعرف أيضًا باسم طريقة الغرفتين. غالبًا ما تستخدم هذه الطريقة لتركيب الهاليد -EG والفلز القلوي -EG في الصناعة.
المزايا: يمكن التحكم في هيكل وترتيب المفاعل، ويمكن فصل المواد المتفاعلة والمنتجات بسهولة.
العيوب: جهاز التفاعل أكثر تعقيدًا، والتشغيل أكثر صعوبة، وبالتالي يكون الإخراج محدودًا، ويتم التفاعل تحت ظروف درجة حرارة عالية، والوقت أطول، وظروف التفاعل عالية جدًا، ويجب بيئة التحضير يكون فراغًا، وبالتالي فإن تكلفة الإنتاج مرتفعة نسبيًا، وغير مناسبة لتطبيقات الإنتاج على نطاق واسع.
تتمثل طريقة الطور السائل المختلط في خلط المادة المدخلة مباشرة مع الجرافيت، تحت حماية حركة الغاز الخامل أو نظام الختم لتفاعل التسخين لتحضير الجرافيت القابل للتوسيع. يستخدم بشكل شائع لتخليق المركبات القلوية المعدنية الجرافيتية (GICs).
المزايا: عملية التفاعل بسيطة، وسرعة التفاعل سريعة، عن طريق تغيير نسبة المواد الخام الجرافيتية والإدراج يمكن أن تصل إلى بنية معينة وتكوين الجرافيت القابل للتوسيع، وأكثر ملاءمة للإنتاج الضخم.
العيوب: المنتج المتكون غير مستقر، ومن الصعب التعامل مع المادة المدخلة الحرة المرتبطة بسطح GICs، ومن الصعب ضمان اتساق مركبات الجرافيت بين الطبقات عند عدد كبير من التوليف.
تتمثل طريقة الصهر في خلط الجرافيت مع مادة مقحمة والحرارة لتحضير الجرافيت القابل للتوسيع. واستنادًا إلى حقيقة أن المكونات سهلة الانصهار يمكن أن تخفض نقطة انصهار النظام (أقل من نقطة انصهار كل مكون)، فهي طريقة لتحضير الجرافيت GICs ثلاثية أو متعددة المكونات عن طريق إدخال مادتين أو أكثر (والتي يجب أن تكون قادرة على تشكيل نظام ملح منصهر) بين طبقات الجرافيت في وقت واحد. تستخدم بشكل عام في تحضير كلوريدات المعادن - GICs.
المزايا: يتمتع المنتج الصناعي باستقرار جيد، وسهل الغسل، وجهاز تفاعل بسيط، ودرجة حرارة تفاعل منخفضة، ووقت قصير، ومناسب للإنتاج على نطاق واسع.
العيوب: من الصعب التحكم في بنية الطلب وتكوين المنتج في عملية التفاعل، ومن الصعب ضمان اتساق هيكل الطلب وتكوين المنتج في التوليف الشامل.
تتمثل الطريقة المضغوطة في خلط مصفوفة الجرافيت مع المعدن الأرضي القلوي ومسحوق المعدن الأرضي النادر والتفاعل لإنتاج M-GICS تحت ظروف الضغط.
العيوب: فقط عندما يتجاوز ضغط بخار المعدن عتبة معينة، يمكن تنفيذ تفاعل الإدراج؛ ومع ذلك، فإن درجة الحرارة مرتفعة للغاية، ومن السهل أن تسبب المعدن والجرافيت لتشكيل كربيدات، تفاعل سلبي، لذلك يجب تنظيم درجة حرارة التفاعل في نطاق معين. درجة حرارة إدخال المعادن الأرضية النادرة مرتفعة للغاية، لذلك يجب تطبيق الضغط عليها تقليل درجة حرارة التفاعل. هذه الطريقة مناسبة لتحضير معادن-GICS ذات نقطة انصهار منخفضة، لكن الجهاز معقد ومتطلبات التشغيل صارمة، لذلك نادرًا ما يتم استخدامه الآن.
تستخدم الطريقة المتفجرة بشكل عام الجرافيت وعامل التمدد مثل KClO4، Mg(ClO4)2 · nH2O، Zn (NO3) 2 · nH2O pyropyros أو مخاليط محضرة، عندما يتم تسخينه، سوف يتأكسد الجرافيت في وقت واحد ويتفاعل مع مركب الكامبيوم، والذي يتم بعد ذلك يتم توسيعه بطريقة "متفجرة"، وبالتالي الحصول على الجرافيت الموسع. عندما يتم استخدام الملح المعدني كعامل تمدد، يكون المنتج أكثر تعقيدًا، حيث لا يحتوي على الجرافيت المتمدد فحسب، بل المعدن أيضًا.
