Способ получения расширенного графита

 

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении графитовых лент, фольги, носителей катализаторов, сорбентов, заменителей бинтов. 2 г интеркалированного соединения фторированного графита с трифторидом хлора или с ацетоном обрабатывают 50 мл гидразингидрата в водной среде. Смесь выдерживают 0,5 ч при перемешивании и комнатной температуре. Раствор отфильтровывают, твердую фазу промывают водой до нейтральной реакции промывных вод, высушивают при 100oС. Полученный расширенный графит имеет удельную поверхность 220-250 м2/г, размер частиц (2-3)10-3 мкм. Способ прост, экологически безопасен за счет отсутствия выделения газообразных фторуглеродов. Исключается стадия термообработки.

Изобретение относится к способам получения расширенного графита из соединений графита, а именно к способу его получения из интеркалированных соединений фторированного графита (ИСФГ). Расширенный графит является низкоплотным углеродным материалом (его называют также терморасширенным графитом, пенографитом, вермикулярным и детонационным графитом) и используется для изготовления графитовых лент и фольги в качестве твердого носителя катализаторов и разделения изомеров, сорбента для очистки воды от нефтепродуктов, заменителя бинтов при лечении ран и многих других целей.

Известны способы получения расширенного графита из соединений графита путем их быстрого термического разложения (термоудара). Все они отличаются методом получения исходного соединения графита и аналогичны тем, что во всех известных способах расширенный графит получают путем термического разложения этих соединений при высоких температурах (500-1300oС). В Патенте 2118941 Россия, МПК 7 С 01 В 31/04. Опублик. 20.9.98. Бюлл. 26 исходное соединение графита получают обработкой графита дымящей HNO3 при массовом отношении НNО3/графит = (0,37-0,75)/1. При термическом разложении полученного соединения графита получают расширенный графит. В А.С. 1577244 Россия, МКИ С 01 В 34/04. Опубл. 23.3.95. Бюлл. 8 исходный терморасширяющийся графит получают последовательной обработкой графита водным раствором хромового ангидрида, концентрированной Н2SO4, карбамидом и сухим нейтрализующим агентом на основе MgO. Полученный продукт нагревают до 1280oС и получают расширенный графит. В А. С. СССР 564668, кл. Н 01 М 4/96. Опублик. 05.07.77. Бюлл.25 расширенный (детонационный) графит получают путем взрывного (быстрого термического) разложения фторированного графита с высоким содержанием фтора, представляющего собой соединение включения фтора в графит. Таким образом, все известные способы получения расширенного графита основаны на быстром термическом разложении соединений графита, получаемых окислением графита в кислых средах кислородсодержащими окислителями или фторированного графита.

По достигаемой цели, а именно получению расширенного графита и типу исходного соединения графита, используемого для получения расширенного графита, прототипом является третий способ (а.с. СССР 564668, кл. Н 01 М 4/96. Опубл. 05.07.77. Бюлл.25).

Расширенный (детонационнный) графит получают взрывным (быстрым термическим) разложением фторированного графита с высоким содержанием фтора, представляющего собой соединение включения фтора в графит. Способ позволяет получать расширенный графит с размером частиц (1-1,6)10-3 мкм и удельной поверхностью 150-180 м2/г.

Фторированный графит (N. Watanabe, Т. Nakajima and H. Touhara. Graphite Fluorides Elsevier Amsterdam - Oxford - New-York - Tokio. 1988. 263 p.) относится к интеркалированным соединениям графита общего состава CxF, которые называются фторидами графита, так как в них интеркалированные атомы фтора ковалентно связаны с атомами углерода углеродных слоев и располагаются между слоями графита перпендикулярно углеродным слоям. Фториды графита с высоким содержанием фтора (до 62 маc.%) получают путем фторирования графита газообразным фтором при повышенных 400-600oС температурах. Поэтому процесс получения фторированного графита с высоким содержанием фтора является взрывоопасным и технологически сложным при получении больших количеств фторированного графита. При быстром нагревании до 800-1000oС фторированный графит с высоким содержанием фтора бурно взрывообразно разлагается с выделением газообразных С4F, С2F6 и других фторуглеродов с большей молекулярной массой. При этом в качестве твердой фазы образуется расширенный графит.

Недостатком известного способа является использование для получения расширенного графита процесса термического разложения фторированного графита. Использование процесса термического разложения требует, во-первых, применения специального термически устойчивого оборудования. Во-вторых, термическое разложение фторированного графита сопровождается выделением в газовую фазу экологически вредных веществ (фторуглероды различной молекулярной массы), что требует их утилизации. Это усложняет процесс получения целевого продукта и повышает его стоимость. В-третьих, термическое разложение фторированного графита при повышенных температурах на воздухе сопровождается частичным сгоранием частиц графита в кислороде воздуха с образованием газообразных СО и СO2, что понижает количественный выход целевого продукта. Для устранения этого требуется применение инертной среды, что дополнительно усложняет процесс и повышает стоимость целевого продукта.

Задачей изобретения является упрощение способа получения расширенного графита и улучшение его экологичности путем устранения процесса термического разложения при получении расширенного графита.

Поставленная задача решается тем, что для получения расширенного графита в качестве исходных соединений графита используют ИСФГ с неорганическими или органическими веществами, которые обрабатывают в водной среде гидразингидратом, полученный реакционный твердый продукт промывают водой для отмывки от солей гидразина и высушивают от воды. Отличительными от прототипа признаками являются: - использование в качестве исходного соединения графита ИСФГ с неорганическими или органическими веществами; - обработка ИСФГ с неорганическими или органическими веществами в водной среде гидразингидратом.

Эти признаки являются новыми и существенными, так как использование в качестве исходного соединения графита ИСФГ и их обработка в водной среде гидразингидратом позволяет исключить применение процессов термического разложения соединений графита для получения расширенного графита, т.е. позволяет упростить технологию получения расширенного графита и повысить ее экологичность.

Упрощение способа и повышение его экологичности достигается следующим. ИСФГ являются слоистыми соединениями включения неорганических и органических веществ в матрицу фторированного графита. Поэтому ИСФГ, как и фторированный графит, могут храниться на воздухе годами без разложения, т.е. удобны для практического применения. Однако в отличие от фторированного графита их получение не требует применения взрывоопасного и технологически сложного процесса фторирования графита газообразным фтором при повышенных температурах. ИСФГ с различными классами неорганических и органических веществ получают путем проведения обменных реакций между исходными ИСФГ с трифторидами хлора или брома и жидкими взаиморастворимыми веществами. Эти реакции проводят при комнатной температуре. (Макотченко В.Г., Назаров А.С., Юрьев Г.С., Яковлев И. И. Термическая стабильность интеркалированных соединений фторированного графита (ИСФГ) с органическими растворителями. Журн. неорган. химии. 1991. Т.36, 8, С.1950-1955. Юданов Н.Ф., Чернявский Л.И. Модель строения интеркалированных соединений на основе фторида графита. Журн. структур. химии. 1987. Т. 28. N4. С.86-95.). Исходные ИСФГ с трифторидами хлора или брома получают по реакции графита соответственно с трифторидом хлора или брома. Эти реакции также проводят при комнатной температуре. (Назаров А.С., Макотченко В.Г., Яковлев И.И. Взаимодействие графита с растворами фторида цезия в трифториде хлора. Журн. неорган. химии. 1978., Т.23. 6. С.1680-1683. Даниленко А.М., Назаров А.С., Яковлев И.И. Реакции графита с трифторидом брома. Журн. неорган. химии. 1986. Т 31. 8. С.1953-1956.). Таким образом, получение ИСФГ не требует применения высоких температур. Поэтому использование ИСФГ значительно упрощает процесс получения исходных соединений графита по сравнению с высокотемпературным и взрывоопасным процессом получения фторированного графита с высоким содержанием фтора, а следовательно, упрощает и процесс получения расширенного графита.

При обработке ИСФГ с неорганическими или органическими веществами в водной среде гидразингидратом происходит восстановление фторграфитовой матрицы ИСФГ до углерода. Этот процесс сопровождается расслоением углеродных слоев, что и приводит к образованию расширенного графита.

Предлагаемый способ получения расширенного графита основан как на способности гидразингидрата восстанавливать фторграфитовую матрицу ИСФГ до углерода, так и на химических свойствах ИСФГ. При взаимодействии гидрофобных ИСФГ с аммиаком, аминами и гидразином на первой стадии процесса происходит частичное замещение фтора фторграфитовой матрицы на NH2-группы с выделением HF и образованием аминофторидных матриц графита (Назаров А.С., Антимонов А. Ф. Взаимодействие аммиака с фторсодержащими соединениями графита. Журн. неорган. химии. 1980. Т.25. 6. С.1506-1510). Вследствие наличия гидрофильных NH2-групп аминофториды графита обладают уже гидрофильными свойствами и способны расслаиваться (набухать) в водной среде, что приводит к диспергированию и расслаиванию слоистых частиц матрицы (Антимонов А.Ф., Назаров А.С. Исследование аминофторидов графита методом ЯМР и рентгенографии. Известия СО РАН. Сер. хим. наук. 1982. 2. С.78-80). Такие процессы самопроизвольного расслаивания и диспергирования в жидких средах вплоть до образования частиц нанометровых размеров характерны для твердых веществ со слоистой структурой. Жидкая фаза, проникая между слоями, увеличивает межслоевое расстояние, взаимодействие между слоями ослабевает и под воздействием теплового колебания становится возможным отрыв наночастиц от поверхности макрофазы (Сумм Б. Д. , Иванова Н. И. Коллоидно-химические аспекты нанохимии - от Фарадея до Пригожина. Вестник МГУ, сер. 2. химия. 2000. Т.42. 5. С.300-306). В целом процесс восстановления фторграфитовой матрицы ИСФГ гидразингидратом до углерода сопровождается выделением HF и N2, что дополнительно способствует расслаиванию и диспергированию частиц образующегося расширенного графита. Таким образом, при использовании предлагаемого способа как при получении исходных ИСФГ, так и при их восстановлении гидразингидратом с образованием расширенного графита не происходит образования летучих фторуглеродов. Поэтому весь графит, использованный для получения исходных ИСФГ, превращается в расширенный графит, т. е. выход целевого продукта достигает 100%. Отсутствие выделения газообразных фторуглеродов повышает также экологичность способа.

Способ позволяет получать расширенный графит с размером частиц (2-3)10-3 мкм и удельной поверхностью 200-250 м2 /г.

Изобретение осуществляют следующим образом. Навеску ИСФГ с неорганическим или органическим веществом, полученным по известным методам (методы синтеза ИСФГ описаны в источниках, цитированных на с.5), засыпают в реактор, увлажняют водой и добавляют гидразингидрат. Смесь перемешивают до образования набухшей массы расширенного графита. Раствор отфильтровывают на фильтре, а твердый продукт промывают водой до нейтральной реакции промывных вод. Полученный влажный расширенный графит высушивают от воды.

Пример 1. 2 г. ИСФГ с трифторидом хлора засыпают в стеклянный стакан, добавляют 10 мл воды и приливают 50 мл гидразингидрата. Смесь при перемешивании выдерживают 0,5 ч при комнатной температуре. Раствор отфильтровывают на фильтре, а твердую фазу промывают водой до нейтральной реакции промывных вод и высушивают при 100oС.

В результате получают 0,8 г расширенного графита с размером частиц (2-2,5)10-3 мкм и удельной поверхностью 220-250 м2/г.

Пример 2. 2 г ИСФГ с ацетоном обрабатывают гидразингидратом, как в примере 1, при 50oС и твердый продукт выделяют, как в примере 1. В результате получают 0,8 г расширенного графита с размером частиц (2,6-3)10-3 мкм и удельной поверхностью 230-250 м2/г.

ИСФГ устойчивы при хранении на воздухе в течение длительного (годами) времени. Термически они стабильны до 100-300oС. Методы их синтеза хорошо разработаны и описаны в литературе. Предлагаемый способ получения расширенного графита из этих соединений графита не требует применения специфического специального оборудования и строгого контроля условий осуществления способа. Поэтому предлагаемый способ получения расширенного графита может найти широкие применения в технологии этого полифункционального углеродного материала.

Формула изобретения

Способ получения расширенного графита из соединений графита, отличающийся тем, что в качестве соединения графита используют интеркалированное соединение фторированного графита с неорганическим или органическим веществом и его обработку проводят гидразингидратом в водной среде с последующей водной промывкой и сушкой полученного продукта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химии углеграфитовых материалов, а именно к способу получения окисленного графита, используемого при производстве терморасширяющегося графита, применяемого в качестве теплоизоляционного наполнителя огнезащитных покрытий металлических, древесных и полимерных поверхностей, для создания углерод-углеродных конструкционных материалов, гетерогенных катализаторов, сорбентов и других целей
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для лечения больных с почечной недостаточностью и нарушениями пуринового обмена
Изобретение относится к медицине и может быть использовано в терапии гнойно-некротических процессов кожи

Изобретение относится к изготовлению изделий из углеродных композиционных материалов с пониженной проницаемостью и может быть использовано при изготовлении плавильных, раздаточных тиглей, тиглей для электролиза расплавов солей, а также деталей колонных аппаратов и др

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении катализаторов и реагентов в неорганическом и органическом синтезе

Изобретение относится к химической технологии получения углеродных материалов на основе графита, обладающих высокой реакционной способностью, и может быть использовано при производстве лакокрасочных покрытий со специальными физическими свойствами, в частности обладающих повышенной способностью поглощения электромагнитных волн, а также сорбентов особо высокой сорбционной емкости
Изобретение относится к области производства конструкционных углеродных материалов и может быть использовано при изготовлении любых обожженных и графитированных материалов с матрицей на основе среднетемпературного пека, пека с повышенной и высокой температурой размягчения, с наполнителем любого гранулометрического состава, по технологии как горячего, так и холодного прессования

Изобретение относится к получению тонкозернистого высокоплотного высокопрочного конструкционного графита, который широко применяется в цветной металлургии (технологическая оснастка) и точном машиностроении (электрод-инструменты для электроэрозионной обработки)

Изобретение относится к технологии производства искусственных графитовых материалов и может быть использовано при изготовлении любых обожженных и графитированных материалов с матрицей на основе каменноугольного пека с мелкозернистым и среднезернистым наполнителем по технологии прессования через мундштук

Изобретение относится к технологии углеграфитных материалов, в частности к получению окисленного графита, и может быть использовано для получения пенографита, применяющегося в производстве гибкой графитовой фольги, теплоизоляционных материалов, сорбентов, огнезащитных материалов, использующихся в атомной, химической промышленности, металлургии, теплоэнергетике и др

Изобретение относится к способам получения расширенного графита из соединений графита, а именно к способу его получения из интеркалированных соединений фторированного графита

Наверх