Электрохимический синтез терморасширяющихся соединений графита с серной кислотой

• Автор: Трифонов, Андрей Иванович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Анодное получение терморасширяющихся соединений графита

с кислотами.

1.1. Получение соединений внедрения графита с кислотами электрохимическим методом. 8.
1.2. Технологические аспекты электрохимического синтеза терморасширяющихся соединений графита с серной кислотой.
1.3. Терморасширенный графит способы получения, области применения и перспективы развития производства.

2. Методика эксперимента.

2.1. Хроновольтамперометрические исследования.

2.2. Электрохимический синтез бисульфата графита в потенциостатическом режиме. .

2.3. Гидролиз бисульфата графита и его вспенивание.

2.4. Определение свойств бисульфата графита, окисленного графита и терморасширенного графита.
2.4.1. Рентгенофазовый анализ.
2.4.2. Определение содержания серы в окисленном графите.
2.4.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия.
3. Хроновольтампсрометрическос изучение анодного поведения пиролитического графита в растворах серной кислоты.
3.1. Анодное интеркалирование графита в концентрированной
серной кислоте.
3.2. Влияние концентрации и температуры сернокислого электролита на процесс образования бисульфата графита.
4. Условия электрохимического получения терморасширяющихся соединений с серной кислотой на основе дисперсного графита.
4.1 Выбор условий анодного синтеза бисульфата графита.
4.2 Влияние свойств исходного графита на кинетику и степень терморасширения получаемых соединений.
4.3 Зависимость скорости интеркалирования и свойств бисульфата графита от концентрации кислоты и температуры.
5. Электрохимический синтез бисульфата графита в реакторе непрерывного действия.
5.1. Усовершенствование конструкции электрохимического
реактора для синтеза БГ.
5.2. Изготовление и испытания барабанного реактора с постоянным
межэлектродным зазором.
Основные выводы.
Список литературы


Нейтрализация последних анионами кислоты, входящими в межслоевые пространства графита, и приводит к образованию СВГ. Наиболее изученной системой является система графит сернаякислота, в которой в процессе интеркалирования углеродного материала получают бисульфат графита. Авторы публикаций , отмечают, что механизм образования и свойства СВГ, полученных химическим способом и анодным окислением одинаковы. Следует особо отметить, что преимущественно работы по электрохимическому синтезу СВГ с кислотами выполнены на образцах компактного пиролитического графита при гальваностатической поляризации. Для технологической реализации способа наибольший интерес представляют дисперсные графитовые электроды. В связи с этим, в настоящем обзоре предпринята попытка,, наряду с анализом сведений по синтезу СВГ с кислотами на основе пиролитического графита, выявить закономерности в изменении свойств соединений и режимах анодной обработки при использовании дисперсного графита разного гранулометрического состава и чистоты. В обзоре также систематизированы, сведения о влиянии состава СВГ, условий получения и термообработки на степень их терморасширения, описаны наиболее перспективные области применения терморасширенного графита. Принципиально анодным окислением графита возможно получение СВР акцепторного типа, то есть таких соединений, в которых на углеродных сетках возникает распределенный положительный заряд, а внедренный слой интеркалата содержит в своем составе отрицательные ионы 4. В общем виде электрохимическое интеркалирование графита в серной кислоте можно выразить уравнением . СЗН СпН4 2Н Н е 1. Полученное соединение бисульфат графита отображено общей формулой,, где пномер ступениСВР. С Н4 2Н и С НБСХ 2Н отвечают соответственно БГ второй и третьей ступени внедрения . Число молекул кислоты в составе интеркалата по данным может меняться в пределах 23 . Наиболее часто в общей формуле используют значения 2 и 2,5. При внедрении, интеркалата межслоевое расстояние вграфите возрастает с 3,А до 7, 8,А Структура внедренной Н аналогична строению свободной кислоты, отрицательный заряд в. Процесс электрохимического образования БГ по реакции 1. СОННаО 0СНе, 1. С0Н 0С0Не, 1. С0НН С0Не. Затем углеродные слои приобретают положительный заряд пССпе. Рис. Изменение состава поверхностных функциональных групп и наличие распределенного заряда на графитовых плоскостях способствуют расклиниванию межплоскостных расстояний по краям углеродной частицы, что создает условия электростатического втягивания анионов кислоты, то есть непосредственного осуществления процесса внедрения. Входящие в состав интеркалата молекулы Н сольватолиганды совнедряются изза наличия водородных связей с ионами Н4 РЧ При дальнейшей анодной поляризации возможно переокисление получаемых СВГ, о чем подробнее будет изложено ниже. При анодной гальваностатической обработке образцов анизотропного пиролитического графита в М растворе Н, авторами были показаны
ступенчатые изменения потенциала электрода, отображающие изменения энергии при переходе с одной стадии образования СВГ на другую. Предположения подтверждены с помощью рентгеновской дифрактометрии, проводимой непосредственно в электрохимической ячейке при анодном окислении . Данные циклической хроновольтамперометрии рис. Рис. Ряд зарегистрированных пиков 1У со смещением потенциалав анодную область, согласно РФ А и кулонометрическому анализу, идентифицированы как различные ступени бисульфата графита. Из этого следует, что заполнение графитовой матрицы идет последовательно, причем каждая ступень характеризуется своим потенциалом, возрастающим со снижением номера ступени СВГ. Пик V, соответствующий образованию первой ступени БГ, характеризуется выраженным пиком больший сдвиг Е с максимальным током пика рис. Результаты процитированной работы хорошо согласуются с данными, приведенными в более поздней работе . Авторами публикации также получены интервалы потенциалов образования различных ступеней БГ при гальваностатической анодной поляризации компактных образцов пиролитического графита.