Научно-технологические основы электрохимического синтеза терморасширяющихся соединений графита в азотнокислых электролитах

• Автор: Яковлев, Андрей Васильевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 334 с. : ил.

Введение
Глава 1. Современные представления об углеродных материалах и процессе электрохимического интеркалирования графита в кислотах

1.1. Углеродные материалы структура, свойства

и интеркалированные соединения на их основе

1.1.1. Структура и свойства углеродных материалов

1.1.2. Строение поверхности углеродных материалов

1.1.3. Соединения внедрения графита с кислотами

1Л .4. Оксидные формы графита

1.2. Анодные процессы на углеродных материалах

1.3. Техническая реализация электрохимической технологии

окисления углеродных материалов

1.4. Терморасширенный графит получение, свойства
и области применения
Глава 2. Методическая часть
2.1. Материалы и реактивы
2.2. Методы исследования
2.2.1. Потенциометрические и потенциодинамические измерения
2.2.2. Рентгенофазовый анализ
2.2.3. Термогравиметрический анализ
и дифференциальная сканирующая калориметрия
2.2.4. Электронная микроскопия
2.2.5. Определение удельной поверхности
2.2.6. Определение содержания азотаои кислшы в растворах и графитовых образцах
2.2.7. Определение массовой доли зольного остатка
2.3. Коррозионные исследования материалов
2.4. Приготовление и определение свойств суспензии графитНЮз
2.5. Электрохимический синтез
терморасширяющихся соединений графита
2.6. Гидролиз, промывка и сушка
интеркалированных соединений графита
2.7. Получение терморасширенного графита и определение
его характеристик
2.8. Получение графитовой фольги
и определение ее механических свойств
2.8.1. Определение упругости
2.8.2. Определение прочности на разрыв
2.9. Изготовление пористых самопрессованных фильтров
из терморасширенного графита
2 Оценка адсорбционной и ионообменной
способности терморасширенного графита
Глава 3. Природа и кинетика электрохимических процессов на углеродных и металлических электродах
в азотнокислых электролитах
3.1. Физикохимические свойства суспензий графит НИОз
3.2. Катодные процессы на металлических и углеродных электродах
в растворах НЫОз
3.3. Природа и кинетика анодных процессов
на металлических электродах в азотнокислых электролитах
3.4. Природа и кинетика анодных процессов
на графитовых электродах в азотнокислых электролитах
3.5. Электрохимическая обратимость продуктов
анодного окисления графита в растворах азотной кислоты
Глава 4. Электрохимический синтез терморасширяющихся
соединений на основе дисперсных порошков графита в
азотнокислых электролитах
4.1. Влияние условий электрохимического окисления дисперсного графита в й НЮ3 на кинетику образования и свойства терморасширяющихся соединений графита
4.2. Влияние концентрации НМ на процесс электрохимического синтеза и свойства терморасширяющихся соединений графита
4.3. Электрохимический синтез низкотемпературных терморасширяющихся соединений графита
4.4. Технологические аспекты синтеза терморасширяющихся соединений графита в азотнокислых электролитах
Глава 5. Разработка оборудования и технологических основ электрохимического синтеза терморасширяющихся соединений графита в азотнокислых электролитах, перспективы их практического использования
5.1. Оборудование для электрохимической обработки подпрессованных графитовых порошков в азотнокислых электролитах
5.2. Оборудование для электрохимической обработки
суспензий графитНЫОз
5.3. Перспективные направления прикладного использованиятерморасширяющихся соединений графита и материалов на их основе
5.3.1. Физикомеханические характеристики графитовой фольги на основе электрохимически синтезированных
терморасширяющихся соединений графита
5.3.2. Фильтры на основе терморасширенного графита в процессах водоочистки и водоподготовки
Основные выводы
Список цитируемой литературы


В результате получается оксид графита или графитовая кислота ,, с ковалентно связанным кислородом . Состав таких соединений можно описать формулами С7Н2О4 или С8Н4 , в которых также содержатся карбоксильные и фенольные группы. Более подробно состав, свойства и способы получения оксида графита будут рассмотрены ниже. В завершение данного раздела необходимо подчеркнуть важное значение кислорода в составе и на поверхности УМ, который определяет не только их адсорбционные и ионообменные свойства, но и в значительной степени влияет на механизм и кинетику анодного окисления УМ. Соединения внедрения графита являются искусственными материалами, возможность образования которых обусловлена слоистой структурой исходных углеродных материалов. Несмотря на достаточно высокую инертность к химическому взаимодействию графитовая матрица относительно легко может заполняется различными ионами и молекулами, называемыми интеркалатами. В литературе встречаются различные названия такого рода соединений соединения внедрения графита, интеркалированные соединения графита, межслоевые соединения графита, слоистыми соединениями графита и т. В СВГ плоскостное строение гексагональных сеток сохраняется, отмечается лишь увеличение расстояния между ними, причем это увеличение строго индивидуально для каждого внедренного вещества . По типу связей углеродных слоев с внедряемым веществом интеркалатом межслоевые соединения подразделяются на ковалентные асвязи и тс комплексные соединения л связи. Последние в зависимости от заряда сеток углерода разделяются на донорные и акцепторные СВГ. В ковалентных соединениях графита КСГ чередование слоев интеркалата и углерода сохраняются, но наблюдается деформация плоских углеродных сеток. К КСГ относятся фторид графита или фторуглерод СхРп 1,5,,,, оксифториды графита СхОРу и продукты взаимодействия последних с аммиаком СхОуРЧН2п , а также окись графита СН2 ,. Окисные соединения графита, а также механизм их образования и физикохимические свойства будут рассмотрены в гл. КС8 ВаС6 КНйС КШ3ХС ВДНбЬС НХКС8 и др. Такие соединения легко окисляются на воздухе и многие из них пирофорны. Акцепторы электронов галогены, смеси галогенов, галогениды и оксигалогениды, большинство элементов в их высших валентных состояниях, кислотные окислы, сильные кислоты Бренстеда С1бВг2 СУС1 СбРеСЬ 0маНЗО2НЬ8О С С,2С СШШ и др. Акцепторные СВГ неустойчивы легко разлагаются, или гигроскопичны. Плоское строение гексагональных слоев в СВГ сохраняется, происходит лишь увеличение расстояния между ними , . При этом в донорных СВГ на графитовых слоях отмечается появление избыточных свободных электронов, в акцепторных распределенного положительного заряда делокализованных дырок 1. Наиболее общим и характерным свойством СВГ является наличие целого спектра соединений, различающихся составом и строением. Они называются ступенями и определяются количеством слоев атомов углерода между двумя ближайшими слоями внедренного вещества. Классическое представление ступенного строения СВГ приведено на рисунке 1. Концепция ступенной модели СВГ предполагает, что толщина незаполненного межслоевого пространства всегда остается равной 3, А . Плоскостное строение графитовых сеток сохраняется на протяжении всего образца СВГ независимо от структуры внедренного слоя и номера ступени. Одной из главных характеристик ступени является период идентичности 1с периодически повторяющийся структурный фрагмент. В большей степени реальным процессам внедрения и строению СВГ соответствует доменная модель Дюма Эрольда рис. На протяжении всего образца СВГ слои графита, оставаясь плоскими лишь на некотором расстоянии, изгибаются таким образом, что в каждом слоевом пакете фиксируется заданная ступень. Переход между ступенями осуществляется вследствие движения интеркалирующего агента, связанного с распространением изгиба. Увеличение межплоскостного расстояния в процессе внедрения интеркалата требует энергетических затрат в 1,2 5,0 ккалгатиС . Характер связей и расстояние СС в углеродных сетках при образовании СВГ практически не изменяется. О0ООО
Рис.