Введение к работе
Актуальность темы. Разностороннее и возрастающее применение
углеродных материалов основано на достижениях последних лет в химии и технологии переработки углерода, позволяющих в широких пределах изменять свойства получаемых соединений. Относящийся к новым перспективным материалам терморасширенный графит (ТРГ) представляет собой пеноподобные чисто углеродные структуры. Получение ТРГ основано на быстром нагревании соединений внедрения графита (СВГ) или продуктов их гидролиза. В настоящее время ТРГ получают из нитрата или бисульфата графита (БГ), синтезируемых химическим способом. Указанные СВГ легко получить и анодным окислением графита в азотной или серной кислотах, причем процесс можно вести в управляемом режиме. Несмотря на меньшие затраты реагентов, более высокую экологичность, возможность варьирования свойств синтезируемых соединений, электрохимическая технология на настоящее время промышленно не реализована. Основными причинами этого являются относительно низкая производительность и сложность оборудования, принцип действия которого основан на анодном окислении слоя графита, подпрессованного к металлическому токоотводу.
Настоящая работа посвящена оценке возможности электрохимической обработки суспензий графит-Н2804, прокачиваемых через межэлектродный зазор, с целью получения БГ. Подобный принцип значительно упростит конструкцию электролизера и позволит повысить его удельную производительность. В связи с тем, что ТРГ, помимо традиционного применения в виде футеровочных, уплотнительных материалов и изделий, все более широко используется для изготовления катализаторов, адсорбентов, фильтров, внедрение электрохимической технологии становится весьма актуальной задачей.
Целью настоящей работы является изучение закономерностей электрохимического синтеза бисульфата графита на основе суспензий, интенсификация процессов интеркалирования, упрощение известного оборудования для непрерывного получения СВГ анодным окислением графита.
Поставленная цель требует решения следующих задач:
изучение свойств суспензий графит - серная кислота при различном соотношении компонентов в широком интервале концентраций ЩІО,,;
выявление условий анодной обработки суспензий для получения бисульфата графита различного состава;
оценка влияния свойств исходного графитового сырья и концентрации H2S04 на режимы синтеза БГ;
разработка упрощенной конструкции электрохимического реактора;
изготовление и апробация опытного электролизера, работающего в непрерывном режиме; ._
-наработка опытных партий СВГ, оценка их свойств в виде материалов и изделий.
Научная новизна заключается в том, что выявлены соотношения компонентов в суспензии графит - серная кислота, обеспечивающие достаточную электронную проводимость, для анодной обработки углеродного материала без его подпрессовки к металлическому токоотводу. Установлено, что применение суспензионных графитовых электродов так же, как компактных образцов графита и подпрессованных дисперсных графитовых электродов при анодном окислении в серной кислоте, обеспечивает получение БГ, причем во всех случаях ступень внедрения зависит от приложенного потенциала и сообщенной емкости. Скорость интеркалирования при прочих равных условиях на суспензиях значительно выше за счет более высокой истинной поверхности электрода.
Практическая значимость работы. Разработан новый способ электрохимического получения бисульфата графита, заключающийся в анодной обработке суспензий графит - серная кислота, который обеспечивает более высокие скорости интеркалирования. Выявлены условия получения соединений внедрения с различной степенью терморасширения, показана возможность переработки в БГ графита разного фракционного состава и чистоты, экспериментально обосновано применение 80-70% растворов серной кислоты. Предложена новая, упрощенная конструкция электролизера, основанная на продавливании суспензии через коаксиальный межэлектродный зазор. Электролизер апробирован в виде опытно-промышленной установки, на которой наработаны опытные партии соединений. Переработка полученного БГ в ТРГ с последующим изготовлением на его основе графитовой фольги показала, что фольга обладает физико-химическими свойствами, сопоставимыми с лучшими образцами отечественной и зарубежной промышленности.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на VII Международном Фрумкинском симпозиуме «Фундаментальная электрохимия и электрохимическая технология» (Москва, 2000 г.), 11-м Международном симпозиуме по соединениям внедрения (Москва, 2001 г.), Международной конференции «Композит-2001» (Саратов, 2001), V Международной конференции «Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики» (Саратов, 2002 г.), 2-й Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (Москва, 2003 г.), 3-й Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (Москва, 2004 г.).
Публикации. По материалам диссертации имеется 11 публикаций: 1 статья в центральной печати, 2 статьи в сборниках статей, а также опубликованы тезисы шести докладов. Имеются 2 положительных решения о выдачи патента на изобретение
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
