Что такое расширяемый графит? Процесс интеркаляции: от чешуйчатого графита до расширяемого графита

Расширяющийся графит — важный графитовый продукт с высокой добавленной стоимостью. Его производят из чешуйчатого графита в качестве сырья; в процессе интеркаляции между слоями графита вводятся определенные химические вещества, в результате чего образуется специальное интеркаляционное соединение графита. В отличие от обычного чешуйчатого графита, расширяющийся графит при высоких температурах расширяется в десятки и сотни раз вдоль оси C, образуя червеобразную пористую структуру. Это свойство обеспечивает ему широкое применение в таких областях, как огнезащита, герметизация и адсорбция.

   Суть процесса интеркаляции при производстве расширяющегося графита заключается во введении посторонних веществ между слоями чешуйчатого графита. Атомы углерода в природном графите образуют гексагональную решетку с перекрывающимися плоскостями, а слои удерживаются вместе исключительно за счет слабых сил Ван-дер-Ваальса, что создает пространственные условия, необходимые для введения посторонних веществ. При получении расширяемого графита интеркалянты (такие как кислоты, например серная или азотная) вводятся между слоями чешуйчатого графита химическим или электрохимическим способом с образованием интеркаляционных соединений графита. Этот процесс требует использования окислителя: окислитель сначала раскрывает межслойные пространства чешуйчатого графита, создавая положительно заряженные плоскости углерода, что позволяет интеркалянту беспрепятственно проникать в межслойные каналы.

   В настоящее время наиболее отработанным и широко используемым способом получения расширяемого графита является метод химического окисления. В этом процессе в качестве сырья используется чешуйчатый графит, который смешивается в определенных пропорциях с окислителем и интеркалянтом. Затем смесь перемешивают и подвергают реакции в условиях контролируемой температуры, чтобы интеркалянт мог полностью проникнуть в межслойные пространства чешуйчатого графита. По завершении реакции материал промывают водой для удаления избытка кислоты, фильтруют и сушат, получая в результате расширяемый графит. Коэффициент расширения расширяемого графита можно регулировать путем изменения соотношения сырья и интеркаляторов.

Помимо метода химического окисления, существуют и другие способы получения расширяемого графита, в том числе электрохимический метод, метод диффузии паров и метод плавления. Электрохимический метод заключается в помещении чешуйчатого графита в электролит и подаче электрического тока для осуществления интеркаляции посредством анодного окисления. Поскольку раствор кислоты можно повторно использовать, этот метод вызывает минимальное загрязнение окружающей среды и в последние годы привлекает значительное внимание. Кроме того, исследования в области расширяемого графита направлены на переход к безсерному производству — в традиционных продуктах в качестве интеркалянта используется серная кислота, в результате чего в конечном продукте остается большое количество серы, которая при высокотемпературной обработке с расширением может легко выделять коррозионные и вредные газы, такие как диоксид серы.

Расширяющийся графит — это функциональный углеродный материал, получаемый в результате дальнейшей переработки чешуйчатого графита. В процессе интеркаляции между слоями графита вводятся химические вещества, придающие материалу свойства расширения при высоких температурах. Метод химического окисления в настоящее время является наиболее отработанным промышленным способом получения, в то время как новые процессы, такие как электрохимический метод, также постоянно совершенствуются. Наша продукция из расширяемого графита охватывает широкий диапазон коэффициентов расширения и спецификаций по содержанию углерода и может быть адаптирована в соответствии с конкретными требованиями заказчика к применению.