Разработка основ технологии и оборудования для электрохимического синтеза переокисленного бисульфата графита

• Автор: Сеземин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Введение.

1. Электрохимический синтез бисульфата графита.

1.1. Структура, состав и свойства бисульфата графита.

1.2. Влияние условий анодной обработки углеродного материала на свойства бисульфата графита.

1.3. Электрохимические реакторы синтеза бисульфата графита.

2. Методика эксперимента

2.1. Электроды, материалы и электролиты, применяемые в экспериментальных исследованиях

2.2. Электрохимические ячейки и лабораторный электролизер

2.3. Методика электрохимического синтеза СВГ

2.4. Гидролиз бисульфата графита и его терморасширение.

2.5. Определение свойств бисульфата графита, окисленного графита и терморасширенного графита.
2.5.1. Рентгенофазовый анализ.
2.5.2. Калориметрия и термический анализ.
2.5.3. Определение содержания серы в гидролизованных СВГ
2.5.4. Определение упругости образцов графитовой фольги.
2.5.5. Определение прочности на разрыв графитовой фольги.
3. Условия анодного получения переокисленных бисульфатов графита на основе суспензий.
3.1. Зависимость свойств терморасширяющихся соединений графита
от режима анодной обработки суспензий графит концентрированная серная кислота.
3.2. Изучение изменения свойств суспензии графит Н в процессе анодного синтеза терморасширяющихся соединений графита.
3.3. Влияние концентрации серной кислоты и температуры на процесс анодного переокисления бисульфата графита.
4. Обоснование принципиальной конструкции электролизера для непрерывной анодной обработки суспензий графит серная кислота.
4.1. Изучение неоднородности свойств синтезируемых соединений в объеме межэлектродного зазора.
4.2. Варианты конструкций электролизеров для непрерывного синтеза терморасширяющихся соединений.
5. Изготовление и испытание электрохимического реактора карусельного типа для синтеза бисульфата графита.
5.1. Изготовление и апробирование малогабаритного электролизера.
5.2. Установка непрерывной анодной обработки дисперсного графита для получения терморасширяющихся соединений графита с серной кислотой.
5.3. Сравнительная характеристика свойств соединений, материалов
и изделий, полученных по электрохимической технологии. 1 .
Основные выводы.
Список литературы


Толщина заполненного слоя, по сравнению с графитом 3, А , возрастает до 7, 8, А ,,,,. В табл. Таблица 1. Структура внедренной 2 аналогична строению свободной кислоты, отрицательный заряд в слое интеркалата делокализован 1. Сохраняются ,, но несколько деформируются тетраэдры . Наиболее распространенный вариант их расположения приведен на рис. Согласно , чередование плоскостей графита с переходом в БГ II и I ступеней изменяется с гексагонального порядка АВАВ. ААА. С увеличением заряда Ср по мнению авторов слой интеркалата способен образовывать трехмерную упорядоченную подрешетку. До настоящего времени структура БГ и природа связи в нем до конца не понятна, а достоверные сведения имеются только но периодам идентичности для различных ступеней. Принято полагать 1,,, что в связи с сохранением планарности углеродных сеток связь в бисульфате графита между слоями кислоты и углерода носит ВанДерВальсовский характер. Об этом свидетельствует и высокая степень обратимости процессов внедрения и деинтеркалирования БГ вплоть до I ступени внедрения, что неоднократно отмечалось при проведении электрохимического циклирования образцов графита в серной кислоте ,,. Рис. Фрагмент слоя внедренной кислоты в бисульфат графита. БО. Н и анионов ИБО. Свойства бисульфата графита наиболее подробно описаны в работах 6,,,,. БГ устойчив только в среде концентрированной , а также в неполярных растворителях СС, С и т. Разложение бисульфата водой одна из характерных реакций, представляющих практический интерес, так как продукт гидролиза при последующей термообработке образует терморасширенный графит или пенографит . Гидролизованный бисульфат графита ГБГ называют также окисленным графитом и остаточным соединением бисульфата графита. Высокая скорость взаимодействия БГ с водой свидетельствует о слабых связях интеркалата с графитовой матрицей . СрА хНА х1Н СрОГГ хН х1НА 1. Реально взаимодействие БГ с водой осуществляется с выделением ряда газообразных продуктов , Н, 2, что свидетельствует о протекании окислительно восстановительных реакций. Состав получаемого ГБГ, по данным соответствует формуле С4Оо,4бНо,зб соотношение СО находится в пределах 78 , остаточное не удаляемое содержание серы составляет 1,2 3,0 . Поэтому при одинаковом составе СВГ на основе различных углеродных материалов состав ГБГ может значительно отличаться. В структуре ГБГ сохраняется плоский, в значительной мере дефектный, характер гексагональных углеродных слоев, межплоскостные расстояния между которыми увеличены по сравнению с графитом 3,. Отмечается заметная аморфизация кристаллической структуры исходной углеродной матрицы . Авторами выдвинуто предположение, что ГБГ имеет две структурных составляющих графитовую фазу со23,А и углеродную соо24,А количество последней определяется характером окислительной обработки. Методами ИК спектроскопии, ДТА с хроматографией были установлены природа функциональных кислородсодержащих групп, термическая стабильность ГБГ, состав выделяющихся при пиролизе продуктов . Однако, несмотря на проведенные исследования, структура окисленного графита во многом остается неясной. В связи с тем, что в промышленности БГ получают исключительно для переработки в ТРГ и результаты настоящей работы в основном оценивались по степени терморасширения получаемых соединений, рассмотрим более подробно способность интсркалированного графита или продуктов его гидролиза к образованию углеродных пеноструктур. Механизм преобразования СВГ в пенографит до настоящего времени остается спорным ,,. Наиболее распространено представление, что при быстром нагреве СВГ или ГСВГ между слоями углеродных сеток в графите возникает давление, оказывающее диспергирующее действие. Деинтеркаляция из графитовой матрицы осуществляется как через торцы слоев, так и через имеющиеся дефекты, вызывая разрыв и подвижку слоев. При высоких скоростях нагрева это приводит к образованию пеноподобных структур. Увеличение дисперсности графита и его дефектности приводит к уменьшению внутреннего межслоевого давления и, следовательно, к снижению степени расширения.