रासायनिक ऑक्सीकरण विधि विस्तारणीय ग्रेफाइट तैयार करने की एक पारंपरिक विधि है। इस विधि में, प्राकृतिक परतदार ग्रेफाइट को उपयुक्त ऑक्सीडेंट और इंटरकैलेटिंग एजेंट के साथ मिलाया जाता है, एक निश्चित तापमान पर नियंत्रित किया जाता है, लगातार हिलाया जाता है, धोया जाता है, छाना जाता है और सुखाया जाता है जिससे विस्तारणीय ग्रेफाइट प्राप्त होता है। रासायनिक ऑक्सीकरण विधि सरल उपकरण, सुविधाजनक संचालन और कम लागत के लाभों के साथ उद्योग में एक अपेक्षाकृत परिपक्व विधि बन गई है।
रासायनिक ऑक्सीकरण की प्रक्रिया के चरणों में ऑक्सीकरण और अंतर्वेशन शामिल हैं। ग्रेफाइट का ऑक्सीकरण विस्तार योग्य ग्रेफाइट के निर्माण के लिए बुनियादी शर्त है, क्योंकि अंतर्वेशन प्रतिक्रिया सुचारू रूप से आगे बढ़ सकती है या नहीं यह ग्रेफाइट परतों के बीच खुलने की डिग्री पर निर्भर करता है। और कमरे के तापमान पर प्राकृतिक ग्रेफाइट में उत्कृष्ट स्थिरता और एसिड और क्षार प्रतिरोध होता है, इसलिए यह एसिड और क्षार के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, इसलिए, ऑक्सीडेंट का जोड़ रासायनिक ऑक्सीकरण में एक आवश्यक प्रमुख घटक बन गया है।
ऑक्सीडेंट कई प्रकार के होते हैं, आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले ऑक्सीडेंट ठोस ऑक्सीडेंट होते हैं (जैसे पोटेशियम परमैंगनेट, पोटेशियम डाइक्रोमेट, क्रोमियम ट्राइऑक्साइड, पोटेशियम क्लोरेट, आदि), और कुछ ऑक्सीडेटिव तरल ऑक्सीडेंट भी हो सकते हैं (जैसे हाइड्रोजन पेरोक्साइड, नाइट्रिक एसिड, आदि)। हाल के वर्षों में यह पाया गया है कि पोटेशियम परमैंगनेट विस्तारणीय ग्रेफाइट तैयार करने में इस्तेमाल होने वाला मुख्य ऑक्सीडेंट है।
ऑक्सीकारक की क्रिया के तहत, ग्रेफाइट का ऑक्सीकरण होता है और ग्रेफाइट परत में उदासीन नेटवर्क अणु धनात्मक आवेश वाले समतलीय अणु बन जाते हैं। इसी धनात्मक आवेश के प्रतिकर्षण प्रभाव के कारण, ग्रेफाइट परतों के बीच की दूरी बढ़ जाती है, जिससे इंटरकैलेटर को ग्रेफाइट परत में सुचारू रूप से प्रवेश करने के लिए एक चैनल और स्थान मिल जाता है। विस्तारणीय ग्रेफाइट की तैयारी प्रक्रिया में, इंटरकैलेटिंग एजेंट मुख्य रूप से अम्ल होता है। हाल के वर्षों में, शोधकर्ता मुख्य रूप से सल्फ्यूरिक अम्ल, नाइट्रिक अम्ल, फॉस्फोरिक अम्ल, परक्लोरिक अम्ल, मिश्रित अम्ल और ग्लेशियल एसिटिक अम्ल का उपयोग करते हैं।
विद्युत-रासायनिक विधि स्थिर धारा में होती है, जिसमें इलेक्ट्रोलाइट के रूप में जलीय घोल, ग्रेफाइट और धातु सामग्री (स्टेनलेस स्टील सामग्री, प्लैटिनम प्लेट, लेड प्लेट, टाइटेनियम प्लेट, आदि) डालकर एक संयुक्त एनोड बनाया जाता है, धातु सामग्री को कैथोड के रूप में इलेक्ट्रोलाइट में डाला जाता है, जिससे एक बंद लूप बनता है; या इलेक्ट्रोलाइट में निलंबित ग्रेफाइट, इलेक्ट्रोलाइट में एक ही समय में ऋणात्मक और धनात्मक प्लेट में डाला जाता है, दो इलेक्ट्रोड के माध्यम से सक्रिय विधि, एनोडिक ऑक्सीकरण होता है। ग्रेफाइट की सतह कार्बोकेशन में ऑक्सीकृत हो जाती है। इसी समय, स्थिरवैद्युत आकर्षण और सांद्रता अंतर प्रसार की संयुक्त क्रिया के तहत, अम्ल आयन या अन्य ध्रुवीय अंतःकण आयन ग्रेफाइट परतों के बीच अंतःस्थापित होकर विस्तारणीय ग्रेफाइट बनाते हैं।
रासायनिक ऑक्सीकरण विधि की तुलना में, ऑक्सीडेंट के उपयोग के बिना पूरी प्रक्रिया में विस्तार योग्य ग्रेफाइट की तैयारी के लिए विद्युत रासायनिक विधि, उपचार राशि बड़ी है, संक्षारक पदार्थों की अवशिष्ट मात्रा छोटी है, प्रतिक्रिया के बाद इलेक्ट्रोलाइट को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है, एसिड की मात्रा कम हो जाती है, लागत बच जाती है, पर्यावरण प्रदूषण कम हो जाता है, उपकरणों को नुकसान कम होता है, और सेवा जीवन बढ़ाया जाता है। हाल के वर्षों में, विद्युत रासायनिक विधि धीरे-धीरे कई फायदे के साथ कई उद्यमों द्वारा विस्तार योग्य ग्रेफाइट तैयार करने के लिए पसंदीदा तरीका बन गई है।
गैस-चरण प्रसार विधि गैसीय रूप में ग्रेफाइट के साथ इंटरकैलेटर को संपर्क करके और इंटरकैलेटिंग प्रतिक्रिया द्वारा विस्तार योग्य ग्रेफाइट का उत्पादन करना है। आम तौर पर, ग्रेफाइट और डालने को गर्मी प्रतिरोधी ग्लास रिएक्टर के दोनों सिरों पर रखा जाता है, और वैक्यूम को पंप और सील कर दिया जाता है, इसलिए इसे दो-कक्ष विधि के रूप में भी जाना जाता है। इस विधि का उपयोग अक्सर उद्योग में हैलाइड-ईजी और क्षार धातु-ईजी को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है।
लाभ: रिएक्टर की संरचना और क्रम को नियंत्रित किया जा सकता है, और अभिकारकों और उत्पादों को आसानी से अलग किया जा सकता है।
नुकसान: प्रतिक्रिया उपकरण अधिक जटिल है, ऑपरेशन अधिक कठिन है, इसलिए आउटपुट सीमित है, और उच्च तापमान की स्थिति के तहत प्रतिक्रिया की जानी है, समय लंबा है, और प्रतिक्रिया की स्थिति बहुत अधिक है, तैयारी का वातावरण वैक्यूम होना चाहिए, इसलिए उत्पादन लागत अपेक्षाकृत अधिक है, बड़े पैमाने पर उत्पादन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है।
मिश्रित द्रव प्रावस्था विधि में, सम्मिलित पदार्थ को ग्रेफाइट के साथ सीधे मिलाया जाता है, निष्क्रिय गैस की गतिशीलता या ताप अभिक्रिया हेतु सीलिंग प्रणाली के संरक्षण में, जिससे विस्तारणीय ग्रेफाइट तैयार होता है। इसका उपयोग आमतौर पर क्षार धातु-ग्रेफाइट इंटरलेमिनर यौगिकों (GICs) के संश्लेषण के लिए किया जाता है।
लाभ: प्रतिक्रिया प्रक्रिया सरल है, प्रतिक्रिया की गति तेज है, ग्रेफाइट कच्चे माल और आवेषण के अनुपात को बदलकर विस्तार योग्य ग्रेफाइट की एक निश्चित संरचना और संरचना तक पहुंच सकती है, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त है।
नुकसान: गठित उत्पाद अस्थिर है, जीआईसी की सतह से जुड़े मुक्त सम्मिलित पदार्थ से निपटना मुश्किल है, और बड़ी संख्या में संश्लेषण होने पर ग्रेफाइट इंटरलैमेलर यौगिकों की स्थिरता सुनिश्चित करना मुश्किल है।
पिघलने की विधि में विस्तार योग्य ग्रेफाइट तैयार करने के लिए ग्रेफाइट को इंटरकैलेटिंग सामग्री और गर्मी के साथ मिलाया जाता है। इस तथ्य के आधार पर कि यूटेक्टिक घटक सिस्टम के पिघलने बिंदु को कम कर सकते हैं (प्रत्येक घटक के पिघलने बिंदु के नीचे), यह ग्रेफाइट परतों के बीच एक साथ दो या अधिक पदार्थों (जो पिघले हुए नमक प्रणाली बनाने में सक्षम होना चाहिए) को डालकर त्रिगुण या बहुघटक जीआईसी की तैयारी के लिए एक विधि है। आम तौर पर धातु क्लोराइड - जीआईसी की तैयारी में उपयोग किया जाता है।
लाभ: संश्लेषण उत्पाद में अच्छी स्थिरता, धोने में आसान, सरल प्रतिक्रिया उपकरण, कम प्रतिक्रिया तापमान, कम समय, बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है।
नुकसान: प्रतिक्रिया प्रक्रिया में उत्पाद की क्रम संरचना और संरचना को नियंत्रित करना मुश्किल है, और बड़े पैमाने पर संश्लेषण में उत्पाद की क्रम संरचना और संरचना की स्थिरता सुनिश्चित करना मुश्किल है।
दबावयुक्त विधि में ग्रेफाइट मैट्रिक्स को क्षारीय मृदा धातु और दुर्लभ मृदा धातु पाउडर के साथ मिश्रित किया जाता है और दबावयुक्त परिस्थितियों में एम-जीआईसीएस का उत्पादन करने के लिए अभिक्रिया की जाती है।
नुकसान: केवल जब धातु का वाष्प दबाव एक निश्चित सीमा से अधिक हो जाता है, तो सम्मिलन प्रतिक्रिया की जा सकती है; हालांकि, तापमान बहुत अधिक है, धातु और ग्रेफाइट को कार्बाइड बनाने के लिए आसान है, नकारात्मक प्रतिक्रिया, इसलिए प्रतिक्रिया तापमान को एक निश्चित सीमा में विनियमित किया जाना चाहिए। दुर्लभ पृथ्वी धातुओं का सम्मिलन तापमान बहुत अधिक है, इसलिए प्रतिक्रिया तापमान को कम करने के लिए दबाव लागू किया जाना चाहिए। यह विधि कम पिघलने बिंदु के साथ धातु-जीआईसीएस की तैयारी के लिए उपयुक्त है, लेकिन डिवाइस जटिल है और ऑपरेशन की आवश्यकताएं सख्त हैं, इसलिए इसका उपयोग अब शायद ही कभी किया जाता है।
विस्फोटक विधि आम तौर पर ग्रेफाइट और विस्तार एजेंट जैसे KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O पाइरोपाइरोस या मिश्रण तैयार करती है, जब इसे गर्म किया जाता है, तो ग्रेफाइट एक साथ ऑक्सीकरण और इंटरकैलेशन प्रतिक्रिया कैम्बियम यौगिक करेगा, जो तब एक "विस्फोटक" तरीके से विस्तारित होता है, इस प्रकार विस्तारित ग्रेफाइट प्राप्त होता है। जब धातु नमक को विस्तार एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है, तो उत्पाद अधिक जटिल होता है, जिसमें न केवल विस्तारित ग्रेफाइट होता है, बल्कि धातु भी होती है।
