Способ получения термически расщепленного графита

 

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 В 31/04

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4879787/26 (22) 08.10.90 (46) 28.02.93. Бюл. М 8 (71) Новомосковский филиал государственногО научно-исследовательского и проектного института азотной промышленности и продуктов органического синтеза (72) Г. И. Тительман, Д. М. Бочкис, Е, П, Лыжова, Е. А. Орешкина, В. Н. Гельман и Ю, Н. Новиков (56) Патент США N 3260632, кл. С 06 В 1/04, 1966.

Изобретение относится к получению термически расщепленного графита (ТРГ), который может использоваться для создания углерод-углеродных композитов, а также в качестве носителя широкого круга катализаторов.

Целью изобретения является сокращение стадий процесса, снижение расхода азотной кислоты и исключение кислых промывных вод.

Это достигается предлагаемым способом, включающим обработку порошкообразного графита смесью паров азотной кислоты и газа-носителя в течение 5 — 45 минут с последующим терм ич ес к им расще пл ением. Смесь паров азотной кислоты и гаэаносителя получают путем пропускания газа-носителя (воздух, азот) через концентрирОванную азотную кислоту.

По способу-прототипу термически расщепленный графит получают из кислого графита, представляющего собой пасту в избытке азотной кислоты нитрата графита— Ы 1798303 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ

РАСЩЕПЛЕННОГО ГРАФИТА (57) Сущность изобретения: исходный порошок графита обрабатывают в течение 5 — 45 мин смесью паров концентрированной азотной кислоты с газом-носителем, полученной при пропускании газа-носителя через 99 %-ную азотную кислоту, Образую- . щийся продукт подвергают термическому расщеплению при 1000 С, Получают термически расширенный графит с насыпной плотностью 5,1 — 18,5 г/л и степенью расширения 44 — 159. 1 табл. соединения внедрения азотной кислоты в графит. При синтезе нитрата графита ввиду того, что азотная кислота одновременно является окислителем и агентом внедрения, происходит: окисление плоскостей кристаллита графита до микрокарбкатионов и образование соли нитрата графита (по данным рентгенофазового анализа) за счет внедрения в межплоскостные пространства противоионов

1чОз; окисление боковых граней плоскостей с образованием кислород- и азотсодержащих функциональных групп (по данным ИК-спектроскопии о наличии в отходящих газах кроме NOz еще и СО2, НСООН, NzO): накопление жидкой избыточной азотной .кислоты в пространствах между кристаллитами и частицами графита.

В избытке азотной кислоты после отделения ласты кислого графита содержится азотистая кислота. При многократной промывке кислого графита водой происходит

1798303 разрушение соли (нитрата графита) из-за ее гидролиза с удалением основной части азотной кислоты из межплоскостного пространстза в пространства между кристаллитами и частицами и образование кислых промывных вод с переменным составом азотной кислотой и азотистой кислот. При ударном нагреве высушенного продукта образуется термически расщепленный графит за счет выхода потока газов-продуктов взаимодействия графита, воды и кислот, — из пространства между плоскостями, кристаллитами и частицами графита, а также деструкции функциональных групп.

По предлагаемому способу при обработке графита смесью паров азотной кислоты и газа-носителя сразу образуется порошкообразный сыпучий продукт, в котором отсутствуют соединения внедрения азотной кислоты в графит (по данным рент- 20 генофазового анализа нитрат графита не об разуется). Следовательно, здесь имеет место окисление боковых граней плоскостей с образованием функциональных групп (в отходящих газах обнаружены NOz, М20 и C02), накопление азотной кислоты в основном в пространствах между кристэллитами и в незначительных количествах между частицами графита, т, к, при продувке продукта реакции газом-носителем прирост массы в нем снижается всего на 0,5 — 3 .

Поэтому, предлагаемый способ получения термически расщепленного графита не требует стадий отделения кислого графита от избытка азотной кислоты, его отмывки от 35 азотной кислоты и сушки.

Кроме того, по прототипу стадии отмывки и сушки необходимо проводить сразу после отделения азотной кислоты, т. к, нитрат графита разрушается при хранении зэ счет 40 испарения азотной кислоты, По предлагаемому способу полученный сыпучий продукт после хранения в течение 60 суток не . меняет свои свойства и способность к рас. ширению, оцениваемую по потере массы 45 при термическом расщеплении и свойствам образующегося термически расщепленного .графита (насыпная плотность, степень расширения как отношение насыпной плотности графита к насыпной плотности 50 термически расщепленного графитар" /Р Р ).

Способ осуществляют следующим образом.

8 реактор загружают 5 т природного графита на распределительную решетку, 55 под которую в течение 5 — 45 минут подают смесь паров азотной кислоты и газа-носителя (азот, воздух), полученную при пропускании газа-носителя через 99; -ную азотную кислоту. Скорость подачи газа-носителя подбирают так, чтобы не было капельного уноса или капельной конденсации до распределительной решетки, но наблюдалось появление бурого окрашивания газа после взаимодействия парогазовой смеси с графитом.

Образующийся сыпучий продукт подвергают термическому расщеплению при

10000:

Пример 1, В реактор загружают 5 г природного графита на распределительную решетку, под которую в течение 30 минут подают смесь паров азотной кислоты и воздуха, полученную при пропускании воздуха через 99 -ную азотную кислоту.

Образующийся сыпучий продукт подвергают термическому расщеплению при

1000О, Полученные результаты приведены в таблице, Пример 2, Способ осуществляют по примеру 1, отличающийся тем, что смесь паров азотной кислоты и воздуха подают в течение 5 минут, Полученные результаты и риведен ы в таблице.

Пример 3. Способ осуществляют по примеру 1, отличающийся тем, что смесь паров азотной кислоты и воздуха подают в течение 45 минут, Полученные результаты приведены в таблице.

П р и м.е р 4. Способ осуществляют по примеру 1, отличающийся тем, что смесь паров азотной кислоты и воздуха подают в течение 15 минут. Полученные результаты приведены в таблице.

Пример 5. Способ осуществляют по примеру 1, отличающийся тем, что подают смесь паров азотной кислоты и азота, полученную при пропускании азота через 99

%-ную азотную кислоту. Полученные результаты приведены в таблице, Как следует иэ примеров, при продолжительности обработки графита смесью паров азотной кислоты и газа-носителя

5 — 45 минут, предлагаемый способ позволяет получать термически расщепленный графит. При обработке графита менее 5 минут способ плохо воспроизводится, Предпочтительно проводить обработку графита смесью паров азотной кислоты и газа-носителя в течение 15 — 30 минут, т, к. пример 4 показывает, что при продолжительности обработки графита 15 минут возможно за счет небольшого ухудшения свойств термически расщепленного графита сократить расход азотной кислоты. При продолжительности обработки 5 мин, ухудшаются свойства продукта (возрастает насыпная. плотность и снижается степень расширения), а при продолжительности обработки 45 минут и более свойства продукта

1798303 термическое расщепление ударным нагревом при 1000;

"* прирост массы в кислом графите после его отделения от избытка азотной кислоты;

*** потеря массы при термическом расщеплении продуктом, полученным после отмывки кислого графита от азотной кислоты и его сушки.

Составитель Г. Тительман

Техред М,Моргентал

Корректор С. Лисина

Редактор Л. Пигина

Заказ 749 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 практически не улучшаются, но возрастает расход азотной кислоты, Пример 5 показывает, что природа газа-носителя (воздух или азот) не влияет на процесс и свойства получаемого продукта.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать термически расщепленный графит по технологии, в которой, в отличие от прототипа, сокращаются стадии отделения кислого графита от избытка азотной кислоты. промывка его водой и сушка. вследствие чего вообще не образуются промывные сточные воды, содержащие азотную и азотистую кислоты. Как следует иэ примеров для получения продукта со свойствами, бли ими к свойствам продукта, полученного. по способу-прототипу, расход концентрированной азотной кислот6 на об работку 5 r графита сокращается с 19 r до

4,8 — 6,6 г, Причем, судя по значениям прироста массы в продуктах, собственно на обработку графита расходуется лишь около 20

7ь от этого количества. Поэтому, возвращение отходящих газов после взаимодействия, с графитом на стадию получения смеси газ5 носитель-пары азотной кислоты, позволит еще больше сократить расход азотной кислоты.

Формула изобретения

10 Способ получения термически расщепленного графита, включающий обработку порошкообразного графита азотной кислотой с последующей термообработкой для расширения, отличающийся тем, что, 15 с целью сокращения стадий процесса, снижение расхода азотной кислоты и исключения кислых промывочных вод, обработку порошкообразного графита осуществляют в течение 5 — 45.мин смесью паров, получен20 ной путем пропускания газа-носителя через концентрированную азотную кислоту.