Phương pháp oxy hóa hóa học là phương pháp truyền thống để chế tạo than chì nở. Trong phương pháp này, than chì vảy tự nhiên được trộn với chất oxy hóa và chất xen kẽ thích hợp, được kiểm soát ở nhiệt độ nhất định, khuấy liên tục, rửa, lọc và sấy khô để thu được than chì nở. Phương pháp oxy hóa hóa học đã trở thành một phương pháp tương đối hoàn thiện trong công nghiệp với ưu điểm là thiết bị đơn giản, vận hành thuận tiện và chi phí thấp.
Các bước của quá trình oxy hóa hóa học bao gồm quá trình oxy hóa và xen kẽ. Quá trình oxy hóa than chì là điều kiện cơ bản để hình thành than chì có thể giãn nở, vì phản ứng xen kẽ có thể diễn ra suôn sẻ hay không phụ thuộc vào mức độ mở giữa các lớp than chì. Than chì tự nhiên ở nhiệt độ phòng có độ ổn định tuyệt vời và khả năng chống axit và kiềm, do đó, nó không phản ứng với axit và kiềm, do đó, việc bổ sung chất oxy hóa đã trở thành một thành phần quan trọng cần thiết trong quá trình oxy hóa hóa học.
Có nhiều loại chất oxy hóa, chất oxy hóa thường được sử dụng là chất oxy hóa rắn (như kali pemanganat, kali đicromat, crom trioxit, kali clorat, v.v.), cũng có thể là một số chất oxy hóa lỏng (như hydro peroxit, axit nitric, v.v.). Trong những năm gần đây, người ta phát hiện ra rằng kali pemanganat là chất oxy hóa chính được sử dụng để chế tạo than chì nở.
Dưới tác dụng của chất oxy hóa, than chì bị oxy hóa và các đại phân tử mạng trung tính trong lớp than chì trở thành các đại phân tử phẳng mang điện tích dương. Do tác dụng đẩy của cùng một điện tích dương, khoảng cách giữa các lớp than chì tăng lên, tạo ra một kênh và không gian cho chất xen kẽ đi vào lớp than chì một cách trơn tru. Trong quá trình chế tạo than chì nở, chất xen kẽ chủ yếu là axit. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu chủ yếu sử dụng axit sulfuric, axit nitric, axit phosphoric, axit perchloric, axit hỗn hợp và axit axetic băng.
Phương pháp điện hóa là phương pháp dòng điện không đổi, với dung dịch nước của vật liệu chèn làm chất điện phân, than chì và vật liệu kim loại (vật liệu thép không gỉ, tấm bạch kim, tấm chì, tấm titan, v.v.) tạo thành anode tổng hợp, vật liệu kim loại được đưa vào chất điện phân làm catốt, tạo thành một vòng kín; hoặc than chì lơ lửng trong chất điện phân, trong chất điện phân đồng thời được đưa vào bản cực âm và bản cực dương, thông qua hai điện cực được cấp điện, phương pháp oxy hóa anot. Bề mặt than chì bị oxy hóa thành cacbocation. Đồng thời, dưới tác động kết hợp của lực hút tĩnh điện và sự khuếch tán chênh lệch nồng độ, các ion axit hoặc các ion xen kẽ phân cực khác được nhúng vào giữa các lớp than chì để tạo thành than chì có khả năng giãn nở.
So với phương pháp oxy hóa hóa học, phương pháp điện hóa để điều chế than chì nở trong toàn bộ quá trình mà không sử dụng chất oxy hóa, lượng xử lý lớn, lượng chất ăn mòn còn lại nhỏ, chất điện phân có thể được tái chế sau phản ứng, lượng axit giảm, tiết kiệm chi phí, giảm ô nhiễm môi trường, thiệt hại cho thiết bị thấp và tuổi thọ được kéo dài. Trong những năm gần đây, phương pháp điện hóa dần trở thành phương pháp được nhiều doanh nghiệp ưa chuộng để điều chế than chì nở với nhiều ưu điểm.
Phương pháp khuếch tán pha khí là sản xuất than chì có thể giãn nở bằng cách cho chất xen kẽ tiếp xúc với than chì ở dạng khí và phản ứng xen kẽ. Thông thường, than chì và miếng chèn được đặt ở cả hai đầu của lò phản ứng thủy tinh chịu nhiệt, đồng thời bơm chân không và bịt kín, vì vậy nó còn được gọi là phương pháp hai buồng. Phương pháp này thường được sử dụng để tổng hợp halide -EG và kim loại kiềm -EG trong công nghiệp.
Ưu điểm: có thể kiểm soát được cấu trúc và thứ tự của lò phản ứng, chất phản ứng và sản phẩm có thể dễ dàng tách ra.
Nhược điểm: thiết bị phản ứng phức tạp hơn, thao tác khó khăn hơn nên sản lượng bị hạn chế, phản ứng phải thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cao, thời gian dài hơn, điều kiện phản ứng rất cao, môi trường chuẩn bị phải chân không nên chi phí sản xuất tương đối cao, không phù hợp với ứng dụng sản xuất quy mô lớn.
Phương pháp pha lỏng hỗn hợp là trộn trực tiếp vật liệu chèn vào với than chì, dưới sự bảo vệ của khí trơ hoặc hệ thống làm kín để phản ứng gia nhiệt tạo ra than chì nở. Phương pháp này thường được sử dụng để tổng hợp các hợp chất liên lớp kim loại kiềm-than chì (GIC).
Ưu điểm: Quá trình phản ứng đơn giản, tốc độ phản ứng nhanh, bằng cách thay đổi tỷ lệ nguyên liệu than chì và vật liệu chèn có thể đạt được cấu trúc và thành phần nhất định của than chì có thể giãn nở, phù hợp hơn cho sản xuất hàng loạt.
Nhược điểm: Sản phẩm tạo thành không ổn định, khó xử lý các chất tự do bám trên bề mặt GIC, khó đảm bảo tính đồng nhất của các hợp chất liên lớp graphite khi tổng hợp số lượng lớn.
Phương pháp nấu chảy là trộn than chì với vật liệu xen kẽ và đun nóng để tạo ra than chì có thể giãn nở. Dựa trên thực tế là các thành phần eutectic có thể hạ thấp điểm nóng chảy của hệ thống (dưới điểm nóng chảy của từng thành phần), đây là phương pháp để tạo ra GIC ba thành phần hoặc đa thành phần bằng cách đưa hai hoặc nhiều chất (phải có khả năng tạo thành hệ muối nóng chảy) vào giữa các lớp than chì cùng một lúc. Thường được sử dụng trong quá trình tạo ra clorua kim loại - GIC.
Ưu điểm: Sản phẩm tổng hợp có độ ổn định tốt, dễ rửa, thiết bị phản ứng đơn giản, nhiệt độ phản ứng thấp, thời gian ngắn, thích hợp sản xuất quy mô lớn.
Nhược điểm: khó kiểm soát được cấu trúc trật tự và thành phần của sản phẩm trong quá trình phản ứng và khó đảm bảo tính nhất quán về cấu trúc trật tự và thành phần của sản phẩm trong quá trình tổng hợp khối lượng.
Phương pháp áp suất là trộn ma trận than chì với bột kim loại kiềm thổ và kim loại đất hiếm và phản ứng để tạo ra M-GICS trong điều kiện áp suất.
Nhược điểm: Chỉ khi áp suất hơi của kim loại vượt quá ngưỡng nhất định thì phản ứng chèn mới có thể thực hiện được; Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao, dễ khiến kim loại và than chì tạo thành cacbua, phản ứng âm, do đó nhiệt độ phản ứng phải được điều chỉnh trong một phạm vi nhất định. Nhiệt độ chèn của kim loại đất hiếm rất cao, do đó phải áp dụng áp suất để giảm nhiệt độ phản ứng. Phương pháp này phù hợp để chế tạo GICS kim loại có điểm nóng chảy thấp, nhưng thiết bị phức tạp và yêu cầu vận hành nghiêm ngặt nên hiện nay ít được sử dụng.
Phương pháp nổ thường sử dụng than chì và chất giãn nở như KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O pyropyros hoặc hỗn hợp đã chuẩn bị, khi nung nóng, than chì sẽ đồng thời phản ứng oxy hóa và xen kẽ hợp chất tầng sinh gỗ, sau đó được giãn nở theo cách "nổ", do đó thu được than chì giãn nở. Khi sử dụng muối kim loại làm chất giãn nở, sản phẩm phức tạp hơn, không chỉ có than chì giãn nở mà còn có kim loại.
