Metoda utleniania chemicznego jest tradycyjną metodą wytwarzania ekspandowalnego grafitu. W tej metodzie naturalny grafit płatkowy jest mieszany z odpowiednim utleniaczem i środkiem interkalującym, kontrolowany w określonej temperaturze, stale mieszany oraz przemywany, filtrowany i suszony w celu uzyskania grafitu ekspandowalnego. Metoda utleniania chemicznego stała się stosunkowo dojrzałą metodą w przemyśle z zaletami prostego sprzętu, wygodnej obsługi i niskich kosztów.
Etapy procesu utleniania chemicznego obejmują utlenianie i interkalację. Utlenianie grafitu jest podstawowym warunkiem powstawania ekspandowalnego grafitu, ponieważ to, czy reakcja interkalacji może przebiegać płynnie, zależy od stopnia otwarcia między warstwami grafitu. A grafit naturalny w pomieszczeniu temperatura ma doskonałą stabilność i odporność na kwasy i zasady, więc nie reaguje z kwasami i zasadami, dlatego dodanie utleniacza stało się niezbędnym kluczowym składnikiem w utlenianiu chemicznym.
Istnieje wiele rodzajów utleniaczy, zwykle stosowane są utleniacze stałe (takie jak nadmanganian potasu, dichromian potasu, tritlenek chromu, chloran potasu itp.), mogą to być również niektóre utleniacze ciekłe (takie jak nadtlenek wodoru, kwas azotowy itp. ). W ostatnich latach stwierdzono, że nadmanganian potasu jest głównym utleniaczem stosowanym do wytwarzania ekspandowalnego grafitu.
Pod działaniem utleniacza grafit ulega utlenieniu, a makrocząsteczki sieci obojętnej w warstwie grafitu stają się makrocząsteczkami planarnymi o ładunku dodatnim. Ze względu na odpychający efekt tego samego ładunku dodatniego zwiększa się odległość między warstwami grafitu, co zapewnia kanał i przestrzeń dla płynnego wejścia interkalatora w warstwę grafitu. W procesie wytwarzania ekspandowalnego grafitu czynnikiem interkalującym jest głównie kwas. W ostatnich latach badacze używają głównie kwasu siarkowego, azotowego, fosforowego, nadchlorowego, mieszanego i lodowatego.
Metoda elektrochemiczna odbywa się w prądzie stałym, przy czym wodny roztwór wkładu jako elektrolit, grafit i materiały metalowe (stal nierdzewna, płyta platynowa, płyta ołowiana, płyta tytanowa itp.) stanowią kompozytową anodę, materiały metalowe włożone w elektrolit jako katoda, tworzący zamkniętą pętlę; Lub grafit zawieszony w elektrolicie, w elektrolicie jednocześnie włożony w płytę ujemną i dodatnią, poprzez dwie elektrody zasilane są metodą utleniania anodowego. Powierzchnia grafitu jest utleniana do karbokationu. Jednocześnie, pod wpływem połączonego działania przyciągania elektrostatycznego i dyfuzji różnicy stężeń, jony kwasu lub inne polarne jony interkalancyjne są osadzane między warstwami grafitu, tworząc rozszerzalny grafit.
W porównaniu z metodą utleniania chemicznego, elektrochemiczną metodą wytwarzania rozszerzalnego grafitu w całym procesie bez użycia utleniacza, ilość obróbki jest duża, pozostała ilość substancji żrących jest niewielka, elektrolit można poddać recyklingowi po reakcji, ilość kwasu jest zmniejszona, koszty są oszczędzane, zanieczyszczenie środowiska jest zmniejszone, uszkodzenia sprzętu są niskie, a żywotność jest wydłużona. W ostatnich latach metoda elektrochemiczna stopniowo stała się preferowaną metodą przygotowania ekspandowalnego grafitu przez wiele przedsiębiorstw z wieloma zaletami.
Metoda dyfuzji w fazie gazowej polega na wytwarzaniu ekspandowalnego grafitu przez kontaktowanie interkalatora z grafitem w postaci gazowej i reakcję interkalacji. Zasadniczo grafit i wkładka są umieszczane na obu końcach żaroodpornego szklanego reaktora, a próżnia jest pompowana i uszczelniony, więc jest również znany jako metoda dwukomorowa. Ta metoda jest często stosowana do syntezy halogenków -EG i metali alkalicznych -EG w przemyśle.
Zalety: można kontrolować strukturę i kolejność reaktora, a reagenty i produkty można łatwo oddzielić.
Wady: urządzenie reakcyjne jest bardziej złożone, operacja jest trudniejsza, więc wydajność jest ograniczona, a reakcja ma być prowadzona w warunkach wysokiej temperatury, czas jest dłuższy, a warunki reakcji są bardzo wysokie, środowisko przygotowania musi być próżnią, więc koszt produkcji jest stosunkowo wysoki, nieodpowiedni do zastosowań produkcyjnych na dużą skalę.
Metoda mieszanej fazy ciekłej polega na bezpośrednim zmieszaniu wstawionego materiału z grafitem, pod ochroną mobilności gazu obojętnego lub systemem uszczelniającym do reakcji nagrzewania w celu przygotowania grafitu ekspandowalnego. Jest powszechnie stosowany do syntezy związków międzywarstwowych metal alkaliczny-grafit (GIC).
Zalety: Proces reakcji jest prosty, szybkość reakcji jest szybka, zmieniając stosunek surowców grafitowych, a wkładki mogą osiągnąć określoną strukturę i skład rozszerzalnego grafitu, bardziej odpowiedni do produkcji masowej.
Wady: Utworzony produkt jest niestabilny, trudno jest poradzić sobie z wolną wstawioną substancją przyczepioną do powierzchni GIC i trudno jest zapewnić konsystencję międzywarstwowych związków grafitowych przy dużej liczbie syntez.
Metoda topienia polega na zmieszaniu grafitu z materiałem interkalacyjnym i podgrzaniu w celu przygotowania grafitu ekspandowalnego. Ze względu na fakt, że składniki eutektyczne mogą obniżyć temperaturę topnienia układu (poniżej temperatury topnienia każdego składnika), jest to metoda przygotowania trójskładnikowe lub wieloskładnikowe GIC poprzez wprowadzenie dwóch lub więcej substancji (które muszą być w stanie utworzyć układ stopionej soli) jednocześnie między warstwami grafitu. Ogólnie stosowane do wytwarzania chlorków metali - GIC.
Zalety: Produkt syntezy ma dobrą stabilność, łatwość mycia, proste urządzenie reakcyjne, niską temperaturę reakcji, krótki czas, odpowiedni do produkcji na dużą skalę.
Wady: trudno jest kontrolować strukturę zamówienia i skład produktu w procesie reakcji oraz trudno zapewnić spójność struktury zamówienia i składu produktu w syntezie masowej.
Metoda ciśnieniowa polega na zmieszaniu matrycy grafitowej z proszkiem metali ziem alkalicznych i metali ziem rzadkich i reagowaniu w celu wytworzenia M-GICS w warunkach ciśnieniowych.
Wady: Reakcja wstawiania może być przeprowadzona tylko wtedy, gdy ciśnienie pary metalu przekracza pewien próg; Jednak temperatura jest zbyt wysoka, łatwo spowodować tworzenie węglików przez metal i grafit, reakcję ujemną, więc temperatura reakcji musi być regulowana w pewnym zakresie. Temperatura wstawiania metali ziem rzadkich jest bardzo wysoka, dlatego należy zastosować ciśnienie zmniejszyć temperaturę reakcji. Ta metoda jest odpowiednia do wytwarzania metal-GICS o niskiej temperaturze topnienia, ale urządzenie jest skomplikowane, a wymagania operacyjne są surowe, dlatego obecnie rzadko jest stosowane.
Metoda wybuchowa zazwyczaj wykorzystuje grafit i środek ekspandujący, taki jak KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O piropiros lub mieszaniny przygotowane, gdy jest podgrzewany, grafit będzie jednocześnie utleniał i interkalował związek kambium, który następnie jest ekspandowany w sposób „wybuchowy”, uzyskując w ten sposób ekspandowany grafit. Gdy jako środek ekspandujący stosuje się sól metalu, produkt jest bardziej złożony, który zawiera nie tylko ekspandowany grafit, ale także metal.
