سير العمل

توسيع عملية إنتاج الجرافيت

أكسدة كيميائية

طريقة الأكسدة الكيميائية هي طريقة تقليدية لتحضير الجرافيت القابل للتمدد. في هذه الطريقة ، يتم خلط الجرافيت الطبيعي مع عامل مؤكسد وعامل إقحام مناسب ، ويتم التحكم فيه عند درجة حرارة معينة ، ويتم تقليبها باستمرار ، وغسلها ، وتصفيتها وتجفيفها للحصول على الجرافيت القابل للتمدد. أصبحت طريقة الأكسدة الكيميائية طريقة ناضجة نسبيًا في الصناعة مع مزايا المعدات البسيطة والتشغيل المريح والتكلفة المنخفضة.

تشمل خطوات عملية الأكسدة الكيميائية الأكسدة والاقحام ، وأكسدة الجرافيت هي الشرط الأساسي لتكوين الجرافيت القابل للتمدد ، لأن ما إذا كان تفاعل الإقحام يمكن أن يستمر بسلاسة يعتمد على درجة الفتح بين طبقات الجرافيت والجرافيت الطبيعي في الغرفة. تتمتع درجة الحرارة بثبات ممتاز ومقاومة للأحماض والقلويات ، لذلك لا تتفاعل مع الأحماض والقلويات ، وبالتالي ، أصبحت إضافة المؤكسد مكونًا أساسيًا ضروريًا في الأكسدة الكيميائية.

هناك أنواع عديدة من المؤكسدات ، والمواد المؤكسدة المستخدمة بشكل عام هي مؤكسدات صلبة (مثل برمنجنات البوتاسيوم ، وثاني كرومات البوتاسيوم ، وثالث أكسيد الكروم ، وكلورات البوتاسيوم ، وما إلى ذلك) ، ويمكن أيضًا أن تكون بعض المؤكسدات السائلة المؤكسدة (مثل بيروكسيد الهيدروجين ، وحمض النيتريك ، إلخ. ). وجد في السنوات الأخيرة أن برمنجنات البوتاسيوم هو المؤكسد الرئيسي المستخدم في تحضير الجرافيت القابل للتمدد.

تحت تأثير المؤكسد ، يتأكسد الجرافيت وتصبح الجزيئات الكبيرة للشبكة المحايدة في طبقة الجرافيت جزيئات كبيرة مستوية ذات شحنة موجبة. نظرًا للتأثير المنافر لنفس الشحنة الموجبة ، تزداد المسافة بين طبقات الجرافيت ، مما يوفر قناة ومساحة للمحول للدخول إلى طبقة الجرافيت بسلاسة. في عملية تحضير الجرافيت القابل للتمدد ، يكون عامل الإقحام هو أساسًا حمض. في السنوات الأخيرة ، استخدم الباحثون بشكل أساسي حمض الكبريتيك وحمض النيتريك وحمض الفوسفوريك وحمض البيركلوريك والأحماض المختلطة وحمض الخليك الجليدي.

Chemical-oxidation

الطريقة الكهروكيميائية

تكون الطريقة الكهروكيميائية في تيار مستمر ، مع المحلول المائي للإدخال كمواد إلكتروليت ، جرافيت ومواد معدنية (مادة الفولاذ المقاوم للصدأ ، لوحة البلاتين ، لوحة الرصاص ، لوحة التيتانيوم ، إلخ) تشكل أنود مركب ، مواد معدنية مدرجة في المنحل بالكهرباء مثل الكاثود ، وتشكيل حلقة مغلقة ؛ أو الجرافيت المعلق في المنحل بالكهرباء ، في المنحل بالكهرباء في نفس الوقت يتم إدخاله في اللوحة السالبة والموجبة ، من خلال قطبين يتم تنشيطهما بطريقة الأكسدة الأنودية. يتأكسد سطح الجرافيت إلى carbocation. في الوقت نفسه ، في ظل العمل المشترك للجذب الكهروستاتيكي وانتشار فرق التركيز ، يتم تضمين أيونات الحمض أو أيونات متقاطعة قطبية أخرى بين طبقات الجرافيت لتشكيل الجرافيت القابل للتوسيع.
بالمقارنة مع طريقة الأكسدة الكيميائية ، الطريقة الكهروكيميائية لتحضير الجرافيت القابل للتمدد في العملية برمتها دون استخدام المؤكسد ، كمية المعالجة كبيرة ، الكمية المتبقية من المواد المسببة للتآكل صغيرة ، يمكن إعادة تدوير المنحل بالكهرباء بعد التفاعل ، يتم تقليل كمية الحمض ، وتوفير التكلفة ، وتقليل التلوث البيئي ، وانخفاض الأضرار التي تلحق بالمعدات ، وإطالة عمر الخدمة. في السنوات الأخيرة ، أصبحت الطريقة الكهروكيميائية تدريجياً هي الطريقة المفضلة لإعداد الجرافيت القابل للتوسيع بواسطة العديد من الشركات مع العديد من المزايا.

طريقة انتشار طور الغاز (طريقة ثنائية المقصورة)

طريقة انتشار الطور الغازي هي إنتاج الجرافيت القابل للتمدد عن طريق ملامسة القاطع مع الجرافيت في شكل غازي والتفاعل البيني. بشكل عام ، يتم وضع الجرافيت والإدخال على طرفي مفاعل الزجاج المقاوم للحرارة ، ويتم ضخ الفراغ و مختومة ، لذلك تُعرف أيضًا باسم طريقة الغرفتين ، وغالبًا ما تستخدم هذه الطريقة لتجميع هاليد-إي جي ومعدن قلوي- إي جي في الصناعة.
المزايا: يمكن التحكم في هيكل وترتيب المفاعل ، ويمكن فصل المواد المتفاعلة والمنتجات بسهولة.
العيوب: جهاز التفاعل أكثر تعقيدًا ، والعملية أكثر صعوبة ، وبالتالي يكون الناتج محدودًا ، والتفاعل الذي يجب تنفيذه في ظل ظروف درجة حرارة عالية ، والوقت أطول ، وظروف التفاعل عالية جدًا ، يجب أن تكون بيئة التحضير يكون فراغًا ، وبالتالي فإن تكلفة الإنتاج مرتفعة نسبيًا ، وليست مناسبة لتطبيقات الإنتاج على نطاق واسع.

طريقة الطور السائل المختلط

طريقة الطور السائل المختلط هي خلط المادة المدخلة مع الجرافيت مباشرة ، تحت حماية تنقل الغاز الخامل أو نظام الختم لتفاعل التسخين لتحضير الجرافيت القابل للتمدد. يستخدم بشكل شائع لتركيب مركبات الجرافيت المعدنية القلوية بين الصفائح (GICs).
المزايا: عملية التفاعل بسيطة ، وسرعة التفاعل سريعة ، عن طريق تغيير نسبة المواد الخام والجرافيت يمكن أن تصل إلى بنية معينة وتكوين من الجرافيت القابل للتوسيع ، وهو أكثر ملاءمة للإنتاج الضخم.
العيوب: المنتج المُشكَّل غير مستقر ، ومن الصعب التعامل مع المادة المُدخلة المجانية الملحقة بسطح GICs ، كما أنه من الصعب ضمان تناسق مركبات الجرافيت interlamellar عند وجود عدد كبير من التوليف.

Mixed-liquid-phase-method

طريقة الانصهار

طريقة الانصهار هي مزج الجرافيت مع المواد المقحمة والحرارة لتحضير الجرافيت القابل للتمدد ، واستنادًا إلى حقيقة أن المكونات سهلة الانصهار يمكن أن تخفض نقطة انصهار النظام (أقل من نقطة انصهار كل مكون) ، فهي طريقة لإعداد GICs ثلاثية أو متعددة المكونات عن طريق إدخال مادتين أو أكثر (والتي يجب أن تكون قادرة على تكوين نظام الملح المصهور) بين طبقات الجرافيت في وقت واحد. تستخدم بشكل عام في تحضير كلوريدات المعادن - GICs.
المزايا: يتمتع منتج التوليف بثبات جيد ، وسهل الغسل ، وجهاز تفاعل بسيط ، ودرجة حرارة تفاعل منخفضة ، ووقت قصير ، ومناسب للإنتاج على نطاق واسع.
العيوب: من الصعب التحكم في هيكل الطلب وتكوين المنتج في عملية التفاعل ، ومن الصعب ضمان اتساق بنية الطلب وتكوين المنتج في التوليف الشامل.

طريقة الضغط

الطريقة المضغوطة هي مزج مصفوفة الجرافيت مع معدن قلوي أرضي ومسحوق فلز أرضي نادر والتفاعل لإنتاج M-GICS تحت ظروف مضغوطة.
العيوب: فقط عندما يتجاوز ضغط بخار المعدن حدًا معينًا ، يمكن إجراء تفاعل الإدخال ؛ ومع ذلك ، فإن درجة الحرارة مرتفعة للغاية ، ومن السهل أن يتسبب المعدن والجرافيت في تكوين كربيدات ، وهو تفاعل سلبي ، لذلك يجب تنظيم درجة حرارة التفاعل في نطاق معين. خفض درجة حرارة التفاعل ، وهذه الطريقة مناسبة لإعداد GICS مع نقطة انصهار منخفضة ، ولكن الجهاز معقد ومتطلبات التشغيل صارمة ، لذلك نادرًا ما يتم استخدامه الآن.

طريقة الانفجار

تستخدم الطريقة المتفجرة عمومًا الجرافيت وعامل التمدد مثل KClO4 ، Mg (ClO4) 2 · nH2O ، Zn (NO3) 2 · nH2O البيروبيروس أو الخلائط المحضرة ، عندما يتم تسخينها ، الجرافيت سوف يتأكسد في نفس الوقت تفاعل مركب كامبيوم ، والذي يكون بعد ذلك تمدد بطريقة "متفجرة" ، وبالتالي الحصول على الجرافيت المتمدد. عند استخدام الملح المعدني كعامل تمدد ، يكون المنتج أكثر تعقيدًا ، والذي لا يحتوي فقط على الجرافيت المتمدد ، ولكن أيضًا المعدن.

The-explosion-method