રાસાયણિક ઓક્સિડેશન પદ્ધતિ એ વિસ્તરણક્ષમ ગ્રેફાઇટ તૈયાર કરવાની પરંપરાગત પદ્ધતિ છે. આ પદ્ધતિમાં, કુદરતી ફ્લેક ગ્રેફાઇટને યોગ્ય ઓક્સિડન્ટ અને ઇન્ટરકેલેટિંગ એજન્ટ સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે, ચોક્કસ તાપમાને નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે, સતત હલાવવામાં આવે છે, અને ધોવાઇ જાય છે, ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે અને સૂકવવામાં આવે છે જેથી વિસ્તરણક્ષમ ગ્રેફાઇટ મળે છે. રાસાયણિક ઓક્સિડેશન પદ્ધતિ ઉદ્યોગમાં પ્રમાણમાં પરિપક્વ પદ્ધતિ બની ગઈ છે જેમાં સરળ સાધનો, અનુકૂળ કામગીરી અને ઓછી કિંમતનો ફાયદો છે.
રાસાયણિક ઓક્સિડેશનના પ્રક્રિયાના તબક્કાઓમાં ઓક્સિડેશન અને ઇન્ટરકેલેશનનો સમાવેશ થાય છે. ગ્રેફાઇટનું ઓક્સિડેશન એ વિસ્તરણક્ષમ ગ્રેફાઇટની રચના માટે મૂળભૂત સ્થિતિ છે, કારણ કે ઇન્ટરકેલેશન પ્રતિક્રિયા સરળતાથી આગળ વધી શકે છે કે કેમ તે ગ્રેફાઇટ સ્તરો વચ્ચે ખુલવાની ડિગ્રી પર આધાર રાખે છે. અને ઓરડાના તાપમાને કુદરતી ગ્રેફાઇટમાં ઉત્તમ સ્થિરતા અને એસિડ અને આલ્કલી પ્રતિકાર હોય છે, તેથી તે એસિડ અને આલ્કલી સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી, તેથી, ઓક્સિડન્ટનો ઉમેરો રાસાયણિક ઓક્સિડેશનમાં એક આવશ્યક મુખ્ય ઘટક બની ગયો છે.
ઓક્સિડન્ટ્સના ઘણા પ્રકારો હોય છે, સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ઓક્સિડન્ટ્સ ઘન ઓક્સિડન્ટ્સ હોય છે (જેમ કે પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ, પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ, ક્રોમિયમ ટ્રાયઓક્સાઇડ, પોટેશિયમ ક્લોરેટ, વગેરે), તે કેટલાક ઓક્સિડાઇઝિંગ લિક્વિડ ઓક્સિડન્ટ્સ (જેમ કે હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ, નાઈટ્રિક એસિડ, વગેરે) પણ હોઈ શકે છે. તાજેતરના વર્ષોમાં એવું જોવા મળ્યું છે કે પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ એ મુખ્ય ઓક્સિડન્ટ છે જેનો ઉપયોગ વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ તૈયાર કરવા માટે થાય છે.
ઓક્સિડાઇઝરની ક્રિયા હેઠળ, ગ્રેફાઇટનું ઓક્સિડાઇઝેશન થાય છે અને ગ્રેફાઇટ સ્તરમાં રહેલા તટસ્થ નેટવર્ક મેક્રોમોલેક્યુલ્સ પોઝિટિવ ચાર્જ સાથે પ્લેનર મેક્રોમોલેક્યુલ્સ બની જાય છે. સમાન પોઝિટિવ ચાર્જની પ્રતિકૂળ અસરને કારણે, ગ્રેફાઇટ સ્તરો વચ્ચેનું અંતર વધે છે, જે ઇન્ટરકેલેટરને ગ્રેફાઇટ સ્તરમાં સરળતાથી પ્રવેશવા માટે એક ચેનલ અને જગ્યા પૂરી પાડે છે. વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટની તૈયારી પ્રક્રિયામાં, ઇન્ટરકેલેટિંગ એજન્ટ મુખ્યત્વે એસિડ હોય છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, સંશોધકો મુખ્યત્વે સલ્ફ્યુરિક એસિડ, નાઈટ્રિક એસિડ, ફોસ્ફોરિક એસિડ, પરક્લોરિક એસિડ, મિશ્ર એસિડ અને ગ્લેશિયલ એસિટિક એસિડનો ઉપયોગ કરે છે.
ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ સતત પ્રવાહમાં હોય છે, જેમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે ઇન્સર્ટના જલીય દ્રાવણ, ગ્રેફાઇટ અને ધાતુ પદાર્થો (સ્ટેનલેસ સ્ટીલ સામગ્રી, પ્લેટિનમ પ્લેટ, લીડ પ્લેટ, ટાઇટેનિયમ પ્લેટ, વગેરે) એક સંયુક્ત એનોડ બનાવે છે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં કેથોડ તરીકે ધાતુ પદાર્થો દાખલ કરવામાં આવે છે, જે બંધ લૂપ બનાવે છે; અથવા ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં સસ્પેન્ડેડ ગ્રેફાઇટ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં એક જ સમયે નકારાત્મક અને હકારાત્મક પ્લેટમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, બે ઇલેક્ટ્રોડ દ્વારા ઉર્જાયુક્ત પદ્ધતિ, એનોડિક ઓક્સિડેશન કરવામાં આવે છે. ગ્રેફાઇટની સપાટી કાર્બોકેશનમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે. તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ અને સાંદ્રતા તફાવત પ્રસરણની સંયુક્ત ક્રિયા હેઠળ, એસિડ આયનો અથવા અન્ય ધ્રુવીય ઇન્ટરકેલન્ટ આયનો ગ્રેફાઇટ સ્તરો વચ્ચે એમ્બેડ કરવામાં આવે છે જેથી વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ બને.
રાસાયણિક ઓક્સિડેશન પદ્ધતિની તુલનામાં, ઓક્સિડન્ટના ઉપયોગ વિના સમગ્ર પ્રક્રિયામાં વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ તૈયાર કરવા માટેની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ, સારવારની માત્રા મોટી છે, કાટ લાગતા પદાર્થોની અવશેષ માત્રા ઓછી છે, પ્રતિક્રિયા પછી ઇલેક્ટ્રોલાઇટને રિસાયકલ કરી શકાય છે, એસિડનું પ્રમાણ ઓછું થાય છે, ખર્ચ બચે છે, પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ ઓછું થાય છે, સાધનોને નુકસાન ઓછું થાય છે, અને સેવા જીવન લંબાય છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ ધીમે ધીમે ઘણા ફાયદાઓ સાથે ઘણા સાહસો દ્વારા વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ તૈયાર કરવા માટે પસંદગીની પદ્ધતિ બની ગઈ છે.
ગેસ-ફેઝ ડિફ્યુઝન પદ્ધતિ એ ઇન્ટરકેલેટરનો વાયુયુક્ત સ્વરૂપમાં ગ્રેફાઇટ સાથે સંપર્ક કરીને અને ઇન્ટરકેલેટિંગ પ્રતિક્રિયા દ્વારા વિસ્તરણક્ષમ ગ્રેફાઇટ ઉત્પન્ન કરવાનો છે. સામાન્ય રીતે, ગ્રેફાઇટ અને ઇન્સર્ટ ગરમી-પ્રતિરોધક કાચ રિએક્ટરના બંને છેડા પર મૂકવામાં આવે છે, અને વેક્યુમ પંપ અને સીલ કરવામાં આવે છે, તેથી તેને બે-ચેમ્બર પદ્ધતિ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ ઘણીવાર ઉદ્યોગમાં હાયલાઇડ -EG અને આલ્કલી મેટલ -EG ને સંશ્લેષણ કરવા માટે થાય છે.
ફાયદા: રિએક્ટરની રચના અને ક્રમ નિયંત્રિત કરી શકાય છે, અને રિએક્ટન્ટ્સ અને ઉત્પાદનોને સરળતાથી અલગ કરી શકાય છે.
ગેરફાયદા: પ્રતિક્રિયા ઉપકરણ વધુ જટિલ છે, કામગીરી વધુ મુશ્કેલ છે, તેથી આઉટપુટ મર્યાદિત છે, અને ઉચ્ચ તાપમાનની સ્થિતિમાં કરવામાં આવતી પ્રતિક્રિયામાં સમય લાંબો છે, અને પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિ ખૂબ ઊંચી છે, તૈયારીનું વાતાવરણ શૂન્યાવકાશ હોવું જોઈએ, તેથી ઉત્પાદન ખર્ચ પ્રમાણમાં ઊંચો છે, મોટા પાયે ઉત્પાદન એપ્લિકેશનો માટે યોગ્ય નથી.
મિશ્ર પ્રવાહી તબક્કા પદ્ધતિમાં, નિષ્ક્રિય ગેસની ગતિશીલતા અથવા ગરમી પ્રતિક્રિયા માટે સીલિંગ સિસ્ટમના રક્ષણ હેઠળ, દાખલ કરેલ સામગ્રીને ગ્રેફાઇટ સાથે સીધી રીતે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે જેથી વિસ્તરણક્ષમ ગ્રેફાઇટ તૈયાર થાય. તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે આલ્કલી મેટલ-ગ્રેફાઇટ ઇન્ટરલેમિનાર સંયોજનો (GICs) ના સંશ્લેષણ માટે થાય છે.
ફાયદા: પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયા સરળ છે, પ્રતિક્રિયા ગતિ ઝડપી છે, ગ્રેફાઇટ કાચા માલ અને ઇન્સર્ટ્સના ગુણોત્તરમાં ફેરફાર કરીને વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટની ચોક્કસ રચના અને રચના સુધી પહોંચી શકાય છે, જે મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે વધુ યોગ્ય છે.
ગેરફાયદા: રચાયેલ ઉત્પાદન અસ્થિર છે, GIC ની સપાટી સાથે જોડાયેલા મુક્ત દાખલ કરેલા પદાર્થ સાથે વ્યવહાર કરવો મુશ્કેલ છે, અને જ્યારે મોટી સંખ્યામાં સંશ્લેષણ થાય છે ત્યારે ગ્રેફાઇટ ઇન્ટરલેમેલર સંયોજનોની સુસંગતતા સુનિશ્ચિત કરવી મુશ્કેલ છે.
ગલન પદ્ધતિ એ ગ્રેફાઇટને ઇન્ટરકેલેટિંગ મટિરિયલ અને ગરમી સાથે ભેળવીને વિસ્તૃત કરી શકાય તેવું ગ્રેફાઇટ તૈયાર કરવાની છે. યુટેક્ટિક ઘટકો સિસ્ટમના ગલનબિંદુને (દરેક ઘટકના ગલનબિંદુની નીચે) ઘટાડી શકે છે તે હકીકતના આધારે, તે ગ્રેફાઇટ સ્તરો વચ્ચે એક સાથે બે અથવા વધુ પદાર્થો (જે પીગળેલા મીઠાની સિસ્ટમ બનાવવા માટે સક્ષમ હોવા જોઈએ) દાખલ કરીને ત્રિકોણીય અથવા બહુઘટક GIC તૈયાર કરવાની પદ્ધતિ છે. સામાન્ય રીતે મેટલ ક્લોરાઇડની તૈયારીમાં વપરાય છે - GICs.
ફાયદા: સંશ્લેષણ ઉત્પાદનમાં સારી સ્થિરતા, ધોવા માટે સરળ, સરળ પ્રતિક્રિયા ઉપકરણ, ઓછું પ્રતિક્રિયા તાપમાન, ટૂંકા સમય, મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે યોગ્ય છે.
ગેરફાયદા: પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયામાં ઉત્પાદનના ક્રમ માળખા અને રચનાને નિયંત્રિત કરવું મુશ્કેલ છે, અને સમૂહ સંશ્લેષણમાં ઉત્પાદનના ક્રમ માળખા અને રચનાની સુસંગતતા સુનિશ્ચિત કરવી મુશ્કેલ છે.
દબાણયુક્ત પદ્ધતિ એ છે કે ગ્રેફાઇટ મેટ્રિક્સને આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ અને રેર અર્થ મેટલ પાવડર સાથે ભેળવીને દબાણયુક્ત પરિસ્થિતિઓમાં M-GICS ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રતિક્રિયા આપવામાં આવે છે.
ગેરફાયદા: જ્યારે ધાતુનું બાષ્પ દબાણ ચોક્કસ થ્રેશોલ્ડ કરતાં વધી જાય, ત્યારે જ નિવેશ પ્રતિક્રિયા હાથ ધરી શકાય છે; જો કે, તાપમાન ખૂબ ઊંચું હોય છે, ધાતુ અને ગ્રેફાઇટને કાર્બાઇડ બનાવવા માટે સરળ બનાવે છે, નકારાત્મક પ્રતિક્રિયા, તેથી પ્રતિક્રિયા તાપમાન ચોક્કસ શ્રેણીમાં નિયંત્રિત કરવું આવશ્યક છે. દુર્લભ પૃથ્વી ધાતુઓનું નિવેશ તાપમાન ખૂબ ઊંચું હોય છે, તેથી પ્રતિક્રિયા તાપમાન ઘટાડવા માટે દબાણ લાગુ કરવું આવશ્યક છે. આ પદ્ધતિ નીચા ગલનબિંદુ સાથે ધાતુ-GICS ની તૈયારી માટે યોગ્ય છે, પરંતુ ઉપકરણ જટિલ છે અને કામગીરીની આવશ્યકતાઓ કડક છે, તેથી હવે તેનો ભાગ્યે જ ઉપયોગ થાય છે.
વિસ્ફોટક પદ્ધતિમાં સામાન્ય રીતે ગ્રેફાઇટ અને વિસ્તરણ એજન્ટ જેમ કે KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O પાયરોપાયરોસ અથવા તૈયાર મિશ્રણનો ઉપયોગ થાય છે, જ્યારે તેને ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ગ્રેફાઇટ વારાફરતી ઓક્સિડેશન અને ઇન્ટરકેલેશન પ્રતિક્રિયા કેમ્બિયમ સંયોજન કરશે, જે પછી "વિસ્ફોટક" રીતે વિસ્તૃત થાય છે, આમ વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ મળે છે. જ્યારે ધાતુના મીઠાનો ઉપયોગ વિસ્તરણ એજન્ટ તરીકે થાય છે, ત્યારે ઉત્પાદન વધુ જટિલ હોય છે, જેમાં ફક્ત વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ જ નહીં, પણ ધાતુ પણ હોય છે.
