روش اکسیداسیون شیمیایی یک روش سنتی برای تهیه گرافیت قابل توسعه است. در این روش ، گرافیت پوسته طبیعی با اکسیدان و عامل واسطه مناسب مخلوط می شود ، در دمای معینی کنترل می شود ، مرتباً هم زده می شود و شسته ، فیلتر و خشک می شود تا گرافیت منبسط شود. روش اکسیداسیون شیمیایی با مزایای تجهیزات ساده ، عملکرد مناسب و هزینه کم به یک روش نسبتاً بالغ در صنعت تبدیل شده است.
مراحل فرآیند اکسیداسیون شیمیایی شامل اکسیداسیون و اینترکالاسیون است. اکسیداسیون گرافیت شرط اساسی برای تشکیل گرافیت قابل توسعه است ، زیرا این که آیا واکنش intercalation می تواند بدون مشکل ادامه یابد بستگی به میزان باز شدن بین لایه های گرافیت دارد. و گرافیت طبیعی در اتاق درجه حرارت دارای ثبات عالی و مقاومت اسیدی و قلیایی است ، بنابراین با اسید و قلیایی واکنش نشان نمی دهد ، بنابراین ، افزودن اکسیدان به یک جزء کلیدی ضروری در اکسیداسیون شیمیایی تبدیل شده است.
انواع زیادی از اکسیدان ها وجود دارد ، به طور کلی اکسیدان های مورد استفاده عبارتند از: ) در سالهای اخیر مشخص شده است که پرمنگنات پتاسیم اکسید کننده اصلی مورد استفاده در تهیه گرافیت قابل توسعه است.
تحت تأثیر اکسید کننده ، گرافیت اکسیده می شود و ماکرومولکول های شبکه خنثی در لایه گرافیت به مولکول های مسطح با بار مثبت تبدیل می شوند. به دلیل اثر دافعه بار مثبت یکسان ، فاصله بین لایه های گرافیتی افزایش می یابد ، که کانال و فضایی را برای اینترکالتر فراهم می کند تا به راحتی وارد لایه گرافیت شود. در فرآیند آماده سازی گرافیت منبسط کننده ، عامل واسطه عمدتا اسید است. در سالهای اخیر ، محققان عمدتا از اسید سولفوریک ، اسید نیتریک ، اسید فسفریک ، اسید پرکلریک ، اسید مخلوط و استیک یخبندان استفاده می کنند.
روش الکتروشیمیایی در یک جریان ثابت است ، با محلول آبی درج به عنوان الکترولیت ، گرافیت و مواد فلزی (مواد فولاد ضد زنگ ، صفحه پلاتین ، صفحه سرب ، صفحه تیتانیوم و غیره) یک آند کامپوزیتی ، مواد فلزی وارد شده در الکترولیت به عنوان کاتد ، یک حلقه بسته را تشکیل می دهد. یا گرافیت معلق در الکترولیت ، در الکترولیت در همان زمان وارد شده در صفحه منفی و مثبت ، از طریق دو الکترود روش انرژی ، اکسیداسیون آندی. سطح گرافیت به کربوکاسیون اکسیده می شود. در عین حال ، تحت تأثیر ترکیبی جاذبه الکترواستاتیک و انتشار اختلاف غلظت ، یونهای اسیدی یا دیگر یونهای بین قطبی قطبی بین لایه های گرافیت تعبیه شده و گرافیت قابل توسعه را تشکیل می دهند.
در مقایسه با روش اکسیداسیون شیمیایی ، روش الکتروشیمیایی برای تهیه گرافیت قابل گسترش در کل فرایند بدون استفاده از اکسیدان ، مقدار درمان زیاد است ، مقدار باقی مانده مواد خورنده کوچک است ، الکترولیت را می توان پس از واکنش بازیافت کرد ، مقدار اسید کاهش می یابد ، هزینه صرفه جویی می شود ، آلودگی محیط زیست کاهش می یابد ، آسیب به تجهیزات کم می شود و عمر مفید افزایش می یابد. در سال های اخیر ، روش الکتروشیمیایی به تدریج به روش ترجیحی برای تهیه گرافیت قابل توسعه تبدیل شده است بسیاری از شرکتها با مزایای زیادی
روش انتشار فاز گاز این است که گرافیت منبسط شونده را با تماس با واسطه گرافیتی با گرافیت در حالت گازی و واکنش متقاطع تولید می کند. به طور کلی ، گرافیت و درج در دو انتهای راکتور شیشه ای مقاوم در برابر حرارت قرار می گیرد و خلاء پمپاژ می شود و مهر و موم شده ، بنابراین به عنوان روش دو محفظه نیز شناخته می شود. این روش اغلب برای سنتز هالید -EG و فلز قلیایی -EG در صنعت استفاده می شود.
مزایا: ساختار و ترتیب راکتور را می توان کنترل کرد و واکنش دهنده ها و محصولات را می توان به راحتی جدا کرد.
معایب: دستگاه واکنش پیچیده تر است ، عملیات دشوارتر است ، بنابراین خروجی محدود است ، و واکنش در شرایط درجه حرارت بالا انجام می شود ، زمان طولانی تر است و شرایط واکنش بسیار زیاد است ، محیط آماده سازی باید خلاء باشد ، بنابراین هزینه تولید نسبتاً بالا است ، برای کاربردهای تولید در مقیاس بزرگ مناسب نیست.
روش فاز مایع مخلوط این است که مستقیماً مواد وارد شده را با گرافیت مخلوط کنید ، تحت حفاظت از تحرک گاز بی اثر یا سیستم آب بندی برای واکنش گرمایش برای تهیه گرافیت قابل انبساط. معمولاً برای سنتز ترکیبات بین لایه ای قلیایی-گرافیت (GIC) استفاده می شود.
مزایا: فرایند واکنش ساده است ، سرعت واکنش سریع است ، با تغییر نسبت مواد اولیه گرافیت و درجها می توان به ساختار و ترکیب خاصی از گرافیت قابل انبساط رسید ، مناسب برای تولید انبوه.
معایب: محصول تشکیل شده ناپایدار است ، مقابله با ماده وارد شده آزاد که به سطح GIC متصل شده است دشوار است و اطمینان از قوام ترکیبات بین لایه ای گرافیت هنگام تعداد زیادی سنتز دشوار است.
روش ذوب این است که گرافیت را با مواد متقاطع و حرارت مخلوط کنید تا گرافیت منبسط شود. بر اساس این واقعیت که اجزای یوتکتیک می توانند نقطه ذوب سیستم را (زیر نقطه ذوب هر جزء) کاهش دهند ، روشی برای تهیه GIC های سه گانه یا چند جزئی با قرار دادن دو یا چند ماده (که باید بتوانند یک سیستم نمک مذاب را تشکیل دهند) به طور همزمان بین لایه های گرافیت ایجاد شود. به طور کلی در تهیه کلریدهای فلزی - GIC ها استفاده می شود.
مزایا: محصول سنتز دارای ثبات خوب ، شستشوی آسان ، دستگاه واکنش ساده ، دمای واکنش پایین ، زمان کوتاه ، مناسب برای تولید در مقیاس بزرگ است.
معایب: کنترل ساختار سفارش و ترکیب محصول در فرآیند واکنش دشوار است و اطمینان از سازگاری ساختار سفارش و ترکیب محصول در سنتز جرم دشوار است.
روش تحت فشار این است که ماتریس گرافیت را با فلز خاک قلیایی و پودر فلز خاکی کمیاب مخلوط کرده و برای تولید M-GICS تحت شرایط تحت فشار واکنش نشان دهیم.
معایب: تنها زمانی که فشار بخار فلز از آستانه خاصی فراتر رود ، می توان واکنش ورود را انجام داد. با این حال ، درجه حرارت بسیار بالا است ، به راحتی باعث می شود فلز و گرافیت کاربید ایجاد کنند ، واکنش منفی ، بنابراین دمای واکنش باید در محدوده خاصی تنظیم شود. دمای ورود فلزات کمیاب خاک بسیار بالا است ، بنابراین باید فشار دمای واکنش را کاهش دهید. این روش برای تهیه فلز GICS با نقطه ذوب پایین مناسب است ، اما دستگاه پیچیده است و الزامات عملکرد سخت است ، بنابراین در حال حاضر به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.
روش انفجاری به طور کلی از گرافیت و عامل انبساط مانند KClO4 ، Mg (ClO4) 2 · nH2O ، Zn (NO3) 2 · nH2O پیروپیروس یا مخلوط های آماده شده استفاده می کند ، هنگامی که گرم می شود ، گرافیت به طور همزمان اکسیداسیون و ترکیب کامبیوم واکنش واکنش را ایجاد می کند ، که پس از آن هنگامی که نمک فلزی به عنوان عامل انبساط استفاده می شود ، محصول پیچیده تری است که نه تنها گرافیت ، بلکه فلز نیز دارد.
