Способ получения интеркалированного графита



 


Владельцы патента RU 2427532:

Институт новых углеродных материалов и технологий (Закрытое акционерное общество) (ИНУМиТ (ЗАО)) (RU)
Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова) (RU)

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения графитовой фольги, адсорбентов, термостойких подложек для катализаторов. Исходный порошкообразный графит обрабатывают при комнатной температуре и постоянном перемешивании раствором тонко измельченного оксида кобальта Со3O4 в концентрированной серной кислоте и выдерживают в течение 2-24 часов. Полученное интеркалированное соединение графита отфильтровывают от раствора, подвергают гидролизу, промывают дистиллированной водой, а затем сушат при температуре 60-80°С. Изобретение позволяет получить композиционный материал с варьируемым содержанием оксида кобальта Со3O4 в окисленном графите и пенографите. 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии получения интеркалированного графита, который может быть использован в качестве компонента огнезащитных материалов, а также для производства термически расширенного графита (пенографита), применяемого для изготовления гибкой графитовой фольги, адсорбентов, термостойких подложек для катализаторов и др.

Интеркалированные соединения графита (ИСГ) обладают регулярной слоистой структурой, высокой анизотропией свойств, а также возможностью вариации составов интеркалированного слоя. Наиболее известны акцепторные интеркалированные соединения с сильными кислотами (серной кислотой) Н2SO4 и (азотной кислотой) НNО3, на основе которых получают такие углеродные материалы, как окисленный графит (ОГ), пенографит (ПГ) и различные композиты многофункционального назначения. Обе кислоты принципиально важны для технологии, однако азотная кислота является самовнедряющимся агентом, для интеркалирования серной кислоты необходимо использование дополнительного окислителя.

Одним из основных методов синтеза интеркалированных соединений графита (ИСГ) является жидкофазный, подразумевающий химическую обработку графита в окислительном растворе кислоты. Природа окислительного агента в значительной мере определяет возможность и глубину протекания реакции внедрения (номер ступени ИСГ). Химическая модель образования интеркалированных соединений графита предполагает осуществление сопряженных реакций окисления и внедрения

Известны способы получения интеркалированного графита посредством обработки порошка природного графита смесью серной кислоты и различных окислителей - азотной кислоты, персульфата аммония, перманганата калия, бихромата калия и др. с последующей промывкой водой и сушкой (например, заявка JP 85-264316, С01В 31/04, 1985; SU 1765114, С01В 31/04, 1992; SU 1747382, С01В 31/04, 1992; SU 767023, С01В 31/04, 1980; RU 2070539, С01В 31/04, 1996).

Наиболее близким способом получения окисленного графита является способ, при котором исходный порошкообразный графит обрабатывают окислительным раствором аммонийной селитры в концентрированной серной кислоте, образовавшийся бисульфат графита отделяют от окислительного раствора, гидролизуют, промывают и сушат (RU 2089495, С01В 31/04, 10.09.1997).

В связи с многообразием областей применения бисульфата графита в зависимости от конечного продукта важной технологической задачей является поиск новых окислителей процесса интеркалирования серной кислоты в графит.

Задачей изобретения является разработка способа получения интеркалированного графита, позволяющего получить композиционный материал с варьируемым содержанием оксида кобальта Со3O4 в окисленном графите и пенографите. В предлагаемом способе оксид кобальта Со3O4 является одновременно и окислителем реакции интеркалирования, и модифицирующей добавкой, что обеспечивает минимальное количество операций.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения интеркалированного графита исходный порошкообразный графит обрабатывают при комнатной температуре и постоянном перемешивании раствором тонко измельченного оксида кобальта Со3O4 в концентрированной серной кислоте и выдерживают в течение 2-24 часов, полученное интеркалированное соединение графита отфильтровывают от раствора, подвергают гидролизу и промывают дистиллированной водой и высушивают при температуре 60-80°С.

Оксид кобальта Со3O4, который представлен смесью оксидов CoO и Со2О3, содержит двух- и трехвалентный кобальт и является сильным окислителем, его стандартный редокс-потенциал составляет 1,76 В и достаточен для образования бисульфата графита. Он нерастворим в воде, почти не взаимодействует с минеральными кислотами. Исключение составляет серная кислота, в которой тонко измельченный оксид кобальта Со3O4 медленно растворяется. Сульфат трехвалентного кобальта Co2(SO4)3·18H2O в разбавленной серной кислоте образует зеленый раствор, устойчивый в течение нескольких суток.

Способ получения интеркалированного графита осуществляется следующим образом. Тонко измельченный оксид кобальта Со3O4 растворяют в концентрированной (94%-ной) серной кислоте. Исходный порошкообразный графит обрабатывают полученным окислительным раствором при комнатной температуре и постоянном перемешивании и выдерживают в течение 2-24 часов. Минимальное время образования V ступени (необходимого соединения для получения пенографита с удовлетворительной насыпной плотностью) составляет 2 часа и связано с низкой растворимостью оксида кобальта. Выдерживание более 24 часов не влияет на состав продуктов интеркалирования (номер ступени ИСГ не меняется). Далее полученное интеркалированное соединение графита отфильтровывают от раствора, подвергают гидролизу дистиллированной водой и промывают дистиллированной водой. Полученный интеркалированный графит сушат при температуре 60-80°С. Сушка при температуре ниже 60°С является неэффективной, а при температуре выше 80°С получаемый материал будет терять воду (Н2О), которая является одним из вспенивающих компонентов.

Сущность данного способа поясняется следующими примерами.

Пример 1.

2 г тонко измельченного оксида кобальта Со3O4 растворяли при перемешивании в 5 мл концентрированной (94%-ной) серной кислоты H2SO4. Затем навеску (1 г) графита марки ГСМ обрабатывали полученным окислительным раствором при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Через 2 часа образовалась V ступень бисульфата графита с периодом идентичности Iс=21,25 Å, а через сутки наблюдалось образование однофазной III ступени бисульфата графита с периодом идентичности Iс=14,75 Å). Далее интеркалированное соединение графита отфильтровывали от раствора, подвергали гидролизу дистиллированной водой (соотношение 1 г графита:160-200 г Н2O) и промывали дистиллированной водой. Полученный интеркалированный графит высушивали при температуре 60-80°С. Для производства пенографита полученный интеркалированный графит подвергли термической обработке при температуре 1000°С, при этом насыпная плотность полученного пенографита составила 10 г/л. Полученный материал содержал оксид кобальта.

Пример 2.

5 г тонко измельченного оксида кобальта Со3O4 медленно растворяли в 5 мл концентрированной (94%-ной) серной кислоты H2SO4. Затем навеску (1 г) графита марки ГТ обрабатывали полученным окислительным раствором при комнатной температуре и постоянном перемешивании. В результате через сутки образовалась II ступень бисульфата графита с периодом идентичности Iс=11,33 Å. Далее интеркалированное соединение графита отфильтровывали от раствора, подвергали гидролизу дистиллированной водой (соотношение 1 г графита:160-200 г Н2О) и промывали дистиллированной водой. Полученный интеркалированный графит высушивали при температуре 60-80°С. Для производства пенографита полученный интеркалированный графит подвергли термической обработке при температуре 1000°С, при этом насыпная плотность полученного пенографита составила 17 г/л, что связано со значительным содержанием адсорбированного оксида кобальта.

Результаты, полученные по предлагаемому способу, сведены в таблицу, в которой приведены основные параметры способа получения интеркалированного графита посредством обработки порошка природного графита смесью серной кислоты и оксида кобальта Со3O4.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать интеркалированный графит с использованием в качестве окислителя оксида кобальта Со3O4 в концентрированной серной кислоте, который может быть применим для получения новых композиционных материалов для мембран, конденсаторов и сорбентов газов и жидкостей и др.

Таблица 1.
No.No. п/п Удельный расход Со3O4, г на 1 г графита Ступень бисульфата графита Время синтеза, ч Насыпная плотность модифицированного пенографита, г/л
1 2 III 24 10
2 5 II 24 17
3 10 II 5 31
4 1 IV 10 7
5 0,5 V 20 12

Способ получения интеркалированного графита, заключающийся в том, что исходный порошкообразный графит обрабатывают при комнатной температуре и постоянном перемешивании раствором тонко измельченного оксида кобальта Со3O4 в концентрированной серной кислоте и выдерживают в течение 2-24 ч, полученное интеркалированное соединение графита отфильтровывают от раствора, подвергают гидролизу и промывают дистиллированной водой, а затем сушат при температуре 60-80°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии термической очистки графита или изделий на его основе и может использоваться в атомной энергетике, для синтеза искусственных алмазов, в полупроводниковой технике, для нужд химической промышленности, в производстве электрохимических источников тока.

Изобретение относится к получению материалов, характеризующихся наноразмерной структурой, в частности пористым углеродным материалом, содержащим наночастицы металлов, и может быть использовано в производстве катализаторов, электродов, фильтров, материалов для хранения водорода, покрытий для защиты от электромагнитного излучения и любых других изделиях, характеризующихся наличием наночастиц металлов или оксидов металлов.

Изобретение относится к области получения интеркалированного графита и продуктов на его основе - пенографита и гибких графитовых листов (фольги) с высокой термической устойчивостью в среде окислителя (воздух) и может быть использовано для изготовления огнезащитной и уплотнительной продукции, теплоизоляционных изделий и футеровочных элементов печей.

Изобретение относится к способам получения слоистых соединений на основе графита и может быть использовано для приготовления углеродных адсорбентов. .
Изобретение относится к области получения графитовой фольги с высокой термической устойчивостью в среде окислителя. .

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при получении вспененного графита и продукции на его основе, например графитовой фольги. .

Изобретение относится к технологии углеграфитовых материалов, в частности к устройству для электрохимического получения терморасширяющихся соединений графита с высокой степенью расширения, путем анодного окисления графита в растворах сильных кислот, например H 2SO4, HNO3 и др.
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к получению химическим способом сорбентов для сбора аварийно разливающихся жидких углеводородов, в том числе с поверхности воды.

Изобретение относится к способам получения слоистых соединений на основе графита, в частности к способам получения терморасширяющихся соединений, которые могут быть использованы для приготовления углеродных адсорбентов.
Изобретение относится к приготовлениям смазочных композиций и может использоваться для получения универсальной смазочной композиции, используемой в области машиностроения, бурения, строительстве

Изобретение относится к способам получения углеграфитовых материалов и может быть использовано при изготовлении гибкой фольги, анодных масс алюминиевых электролизеров, уплотняющих прокладок, в качестве сорбентов для очистки воды, сбора нефтепродуктов

Изобретение относится к области получения монокристаллических слоистых пленок графита на полупроводниковых подложках, представляющих интерес для использования в производстве приборов оптоэлектроники

Изобретение относится к технологии получения интеркалированного химическим методом с применением сильных кислот графита и может быть использовано при получении терморасширенного графита, уплотнительной, теплоизоляционной или огнезащитной продукции

Изобретение относится к технологии углеграфитовых материалов и может быть использовано при изготовлении гибкой фольги, анодных масс алюминиевых электролизеров, уплотняющих прокладок, в качестве сорбентов для очистки воды, сбора нефтепродуктов

Изобретение относится к химической, химико-металлургической отраслям промышленности

Изобретение относится к способу химической модификации природного графита, для использования в качестве смазочного материала

Изобретение относится к способам изготовления герметичных изделий, предназначенных для работы в химической, химико-металлургической и других отраслях промышленности
Наверх