Метод хімічного окислення – це традиційний метод отримання розширюваного графіту. У цьому методі природний лускатий графіт змішують з відповідним окислювачем та інтеркалюючим агентом, контролюють певну температуру, постійно перемішують, промивають, фільтрують та сушать для отримання розширюваного графіту. Метод хімічного окислення став відносно зрілим методом у промисловості завдяки перевагам простого обладнання, зручності експлуатації та низької вартості.
Етапи процесу хімічного окислення включають окислення та інтеркаляцію. Окислення графіту є основною умовою для утворення розширюваного графіту, оскільки ступінь розкриття між шарами графіту залежить від того, чи може реакція інтеркаляції протікати безперебійно. А природний графіт за кімнатної температури має чудову стабільність та стійкість до кислот і лугів, тому він не реагує з кислотами та лугами, тому додавання окислювача стало необхідним ключовим компонентом у хімічному окисленні.
Існує багато видів окислювачів, зазвичай використовуються тверді окислювачі (такі як перманганат калію, дихромат калію, триоксид хрому, хлорат калію тощо), а також деякі рідкі окислювачі (такі як перекис водню, азотна кислота тощо). В останні роки було виявлено, що перманганат калію є основним окислювачем, що використовується для отримання розширюваного графіту.
Під дією окислювача графіт окислюється, і макромолекули нейтральної мережі в графітовому шарі перетворюються на плоскі макромолекули з позитивним зарядом. Завдяки ефекту відштовхування того ж позитивного заряду, відстань між шарами графіту збільшується, що забезпечує канал і простір для плавного проникнення інтеркалятора в графітовий шар. У процесі отримання розширюваного графіту інтеркалюючим агентом переважно є кислота. В останні роки дослідники переважно використовують сірчану кислоту, азотну кислоту, фосфорну кислоту, хлорну кислоту, змішану кислоту та крижану оцтову кислоту.
Електрохімічний метод полягає в постійному струмі, де водний розчин вставки використовується як електроліт, графіт та металеві матеріали (нержавіюча сталь, платинова пластина, свинцева пластина, титанова пластина тощо) утворюють композитний анод, металеві матеріали вставлені в електроліт як катод, утворюючи замкнутий контур; або графіт, суспендований в електроліті, одночасно вставлений у негативну та позитивну пластини електроліту, через що обидва електроди живляться, метод анодного окислення. Поверхня графіту окислюється до карбокатиону. Одночасно, під дією електростатичного притягання та дифузії різниці концентрацій, кислотні іони або інші полярні інтеркалянти вбудовуються між шарами графіту, утворюючи розширюваний графіт.
Порівняно з методом хімічного окислення, електрохімічний метод отримання розширюваного графіту в усьому процесі без використання окислювача, кількість оброблюваної речовини велика, залишкова кількість корозійних речовин невелика, електроліт можна переробляти після реакції, кількість кислоти зменшується, вартість економиться, забруднення навколишнього середовища зменшується, пошкодження обладнання низьке, а термін служби подовжується. В останні роки електрохімічний метод поступово став кращим методом отримання розширюваного графіту для багатьох підприємств, що має багато переваг.
Метод газофазної дифузії полягає у виробництві розширюваного графіту шляхом контакту інтеркалятора з графітом у газоподібній формі та реакції інтеркаляції. Як правило, графіт та вставка розміщуються на обох кінцях термостійкого скляного реактора, а вакуум відкачується та герметизується, тому він також відомий як двокамерний метод. Цей метод часто використовується для синтезу галогенідів -EG та лужних металів -EG у промисловості.
Переваги: структуру та порядок реактора можна контролювати, а реагенти та продукти можна легко розділити.
Недоліки: реакційний пристрій складніший, операція складніша, тому вихід обмежений, а реакцію необхідно проводити за високих температур, час довший, а умови реакції дуже складні, середовище приготування має бути вакуумним, тому собівартість виробництва відносно висока, не підходить для великомасштабного виробництва.
Метод змішаної рідкофазної фази полягає у безпосередньому змішуванні введеного матеріалу з графітом під захистом рухомого інертного газу або герметичної системи для реакції нагрівання для отримання розширюваного графіту. Він зазвичай використовується для синтезу міжшарових сполук лужних металів і графіту (GIC).
Переваги: Процес реакції простий, швидкість реакції висока, змінюючи співвідношення графітової сировини та вставок, можна досягти певної структури та складу розширюваного графіту, що більше підходить для масового виробництва.
Недоліки: Утворений продукт нестабільний, важко мати справу з вільною вставленою речовиною, прикріпленою до поверхні графітових інтегральних сплавів, і важко забезпечити консистенцію міжшарових сполук графіту при великій кількості синтезів.
Метод плавлення полягає у змішуванні графіту з інтеркалюючим матеріалом та нагріванні для отримання розширюваного графіту. Виходячи з того факту, що евтектичні компоненти можуть знижувати температуру плавлення системи (нижче температури плавлення кожного компонента), це метод отримання потрійних або багатокомпонентних глікозоляних ізолятів (ГІЦ) шляхом одночасного введення двох або більше речовин (які повинні бути здатними утворювати розплавлену сольову систему) між шарами графіту. Зазвичай використовується для отримання хлоридів металів - ГІЦ.
Переваги: Продукт синтезу має добру стабільність, легко миється, простий реакційний пристрій, низьку температуру реакції, короткий час, підходить для великомасштабного виробництва.
Недоліки: важко контролювати структуру порядку та склад продукту в процесі реакції, а також важко забезпечити узгодженість структури порядку та складу продукту в масовому синтезі.
Метод під тиском полягає у змішуванні графітової матриці з порошком лужноземельних металів та рідкісноземельних металів та проведенні реакції для отримання M-GICS під тиском.
Недоліки: Реакцію введення можна проводити лише тоді, коли тиск пари металу перевищує певний поріг; Однак, якщо температура занадто висока, це може призвести до утворення карбідів між металом та графітом, що призводить до негативної реакції, тому температуру реакції необхідно регулювати в певному діапазоні. Температура введення рідкоземельних металів дуже висока, тому для зниження температури реакції необхідно застосовувати тиск. Цей метод підходить для приготування метало-гідроксипропілцелюлози з низькою температурою плавлення, але пристрій складний, а вимоги до експлуатації суворі, тому зараз його рідко використовують.
Вибуховий метод зазвичай використовує графіт та розширювальний агент, такий як KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O, піропіросплав або їх суміші. При нагріванні графіт одночасно окислюється та утворює сполуку камбію, яка потім розширюється «вибуховим» чином, утворюючи розширений графіт. Коли як розширювальний агент використовується сіль металу, продукт є більш складним, оскільки містить не тільки розширений графіт, але й метал.
