Спосіб одержання нітрату графіту, що терморозширюється

Спосіб одержання нітрату графіту, що терморозширюється, який включає обробку графіту димлячою азотною кислотою, льодяною оцтовою кислотою, промивання водою й сушіння, який відрізняється тим, що сухий продукт додатково оброблюють борошном пшеничним у КІЛЬКОСТІ до 1 вагової частини на 1 вагову частину сухого продукту Винахід відноситься до технології одержання сполук штеркалювання графіту акцепторного типу, які є здатними до термічного розширення (спучення) при нагріванні Більш конкретно винахід відноситься до способу одержання сполук інтеркалювання графіту на основі нітрату графіту, які є здатними до термічного розширення при нагріванні Одержані згідно пропонованому способу продукти можуть бути використані у галузі протипожежного захисту, зокрема, у складі вогнезахисних фарб, покрить, мастик, замазок та інших вогнезахисних матеріалів, що спучуються Продукти можуть бути також використані для вогнезахисту горючих полімерних матеріалів, а також у якості компоненту матеріалів, що спучуються при нагріванні, які використовуються у металургійному виробництві Одержувані за пропонованим способом продукти можуть бути використані для одержання спученого графіту та гнучкого графіту з нього Вони могуть бути також використані для одержання спучених графітових сорбентів, призначених для видалення нафти та нафтопродуктів з поверхні води реалізації продукти мають значення коефіцієнта спучення при 900°С у ударному режимі нагрівання (К с 9 0 0 у д ) не більш ніж 180см3/гта значення коефіцієнта спучення при 900°С у лінійному режимі нагрівання (Кс900лІН) не більш ніж 90см3/г Найбільш близьким до рішення, що заявляється, по технічній сутності і результату, що досягається, є спосіб одержання нітрату графіту, що терморозширюється [2], обраний нами в якості прототипу Спосіб-прототип [2] включає обробку однієї вагової частини природного лускатого графіту 0,2-0,7 ваговими частинами димучої азотної кислоти, додаткову обробку одержаної реакційної маси 0,6-5 ваговими частинами льодяної оцтової кислоти на одну вагову частину вихідного графіту, промивку одержаного модифікованого оцтовою кислотою нітрату графіту водою та сушку кінцевого продукту Спосіб-прототип [2] дозволяє одержувати продукти з коефіцієнтом спучення при 900°С в ударному режимі нагрівання у діапазоні від 100 до 500см /г та з коефіцієнтом спучення при 900°С в лінійному режимі нагрівання у діапазоні від 50 до 250см3/г Основним недоліком способу-прототипу [2] є неможливість одержання продуктів з коефіцієнтом спучення при 900°С в ударному та лінійному режимах нагрівання, що виходять за верхні межи вказаних діапазонів Однак для більш ефективного використання графітів, що спучуються при нагріванні, у протипожежній обороні та інших галузях необхідно мати більш високі значення вказаних Є відомим спосіб одержання нітрату графіту, що терморозширюється [1], який включає обробку однієї вагової частини вихідного природного лускатого графіту 0,2-0,7 ваговими частинами димучої азотної кислоти, додаткову обробку отриманої реакційної маси 0,2-0,4 ваговими частинами льодяної оцтової кислоти на одну вагову частину вихідного графіту, промивку одержаного модифікованого оцтовою кислотою нітрату графіту водою та сушку кінцевого продукту Недоліком цього відомого способу [1] є те, що одержувані при його О со Ю 53071 параметрів [3-5] чином У результаті обробки сухого модифікованого оцтовою кислотою та водою нітрату графіту В основу способу, що пропонується, покладедодатковим компонентом - борошном пшеничним но задачу одержання нітрату графіту, що термороутворюється компаунд, у якому кожна частка нітзширюється, зі значеннями коефіцієнту спучення рату графіту покрита шаром з часток додаткового при 900°С в ударному та лінійному режимах нагрікомпоненту При нагріванні такого компаунду відвання, які перевищують значення вказаних парабувається займання та подальше повне спалюметрів для продуктів, одержуваних за відомим вання часток додаткового компоненту, у результаспособом-прототипом [2], максимально у 1,2 та 1,9 ті чого утворюється додаткова КІЛЬКІСТЬ тепла При рази, ВІДПОВІДНО цьому нагрівання кожної частки нітрату графіту Задача, поставлена у способі, що пропонуєтьздійснюється як за рахунок тепла, яке підводиться ся, вирішується за рахунок того, що, на відміну від до неї від зовнішнього нагрівача, так і за рахунок відомого способу-прототипу [2], який містить обдодаткового тепла, яке утворюється безпосередробку однієї вагової частини природного лускатого ньо навколо частки нітрату графіту за рахунок графіту 0,2-0,7 ваговими частинами димучої азоспалювання оболонки з борошна пшеничного Натної кислоти, подальшу обробку одержаної реакслідком такого режиму підведення тепла є збільційної маси льодяною оцтовою кислотою у КІЛЬКОшення швидкості нагрівання часток нітрату графіСТІ 0,6-5 вагових частин на одну вагову частину ту, що, у свою чергу, веде до збільшення коефіцієвихідного графіту, промивку модифікованого оцтонту спучення продукту вою кислотою нітрату графіту водою та сушку кінцевого продукту, сухий продукт додатково обробДля реалізації пропонованого способу викорилюють борошном пшеничним у КІЛЬКОСТІ до однієї стовували природний лускатий графіт марки ГТ-1 вагової частини на одну вагову частину сухого за Держстандартом СРСР 4596-75 виробництва нітрату графіту Зваль'євського графітового комбінату (Україна) димучу азотну кислоту марки А густиною 1,5г/см Істотною ВІДМІНОЮ способу, що заявляється, за Держстандартом СРСР 701-89 та льодяну оцвід способу-прототипу [2] є додаткова обробка тову кислоту за Держстандартом СРСР 18914-74 з сухого нітрату графіту борошном пшеничним вмістом води не більш ніж 2%мас Для промивки Реалізація пропонованого способу дозволяє модифікованого оцтовою кислотою нітрату графіту одержувати нітрат графіту, що терморозширюєтьвикористовували воду з мережі побутового водося, який характеризується значеннями коефіцієнту постачання з температурою (20±5) С Використоспучення при 900°С в ударному режимі нагрівання вували борошно пшеничне за ДСТУ 46 004-99 (К с 9 0 0 у д ) до 600см3/г, тобто до 1,2 рази вище значень цього параметру для продуктів, які одержуОбробку графіту димучою азотною кислотою ють за способом-прототипом [2], що забезпечує та льодяною оцтовою кислотами здійснювали у досягнення технічного ефекту пропонованого вивідкритому скляному циліндричному реакторі МІСТнаходу за вказаним параметром Досягнення техКІСТЮ 300см3 який обладнано Т-подібною мішалнічного ефекту винаходу, що заявляється, також кою з нержавіючої сталі, що обертається зі швидзабезпечується й по параметру коефіцієнту спукістю 100±10хв1 Для перемішування реакційної чення нітрату графіту, що терморозширюється, маси використовували універсальний лабораторпри 900°С у лінійному режимі нагрівання значення ний змішувач MPW 309 Завантаження вихідного 3 вказаного параметру становлять до 475см /г, що графіту у всіх випадках було постійним й становидо 1,9 рази вище, ніж для продуктів, одержаних за ло 25г Реактор встановлювали у витяжній шафі й способом-прототипом [2] обробку графіту кислотами здійснювали при працюючій системі витяжної вентиляції Таким чином, технічні ефекти, які досягаються при реалізації пропонованого винаходу, повністю Промивку продукту взаємодії графіту з азовирішують задачі, які покладено у його основу тною та оцтовою кислотами здійснювали у ЛІЙЦІ Бюхнера Для промивки використовували 20 вагоЕкспериментальним шляхом визначено, що вих частих води на одну вагову частину вихідного витрати борошна пшеничного, яке використовують графіту Сушку кінцевого продукту вели у лаборадля обробки сухого нітрату графіту, не повинні торній шафі при 100-105°С до залишкової вологоперевищувати 1 вагову частину на 1 вагову частисті не більш ніж 1,0%мас ну сухого нітрату графіту Збільшення витрат борошна пшеничного у діапазоні від 0 до 1 вагової Додаткову обробку сухого нітрату графіту бочастині на 1 вагову частину сухого нітрату графіту рошном пшеничним здійснювали у тій ж самій веде до ЛІНІЙНОГО зростання коефіцієнту спучення установці, у якій проводили обробку вихідного продукту при 900°С в ударному та лінійному реграфіту кислотами Завантаження сухого нітрату жимах нагрівання максимально у 1,2 та 1,9 рази, графіту у всіх випадках становило 25 г У реактор ВІДПОВІДНО, що забезпечує досягнення технічного завантажували додатково необхідну КІЛЬКІСТЬ боефекту пропонованого винаходу за вказаним парошна пшеничного й усереднювали одержану сураметрам Збільшення витрат борошна пшеничноміш перемішуванням протягом Юхв го більш ніж 1 вагової частини на 1 вагову частину Коефіцієнт спучення (Кс) продуктів, що одерсухого нітрату графіту с недоцільним, оскільки жано за пропонованим способом та за способомвикликає зниження значень коефіцієнту спучення прототипом [2], у режимі теплового удару при нітрату графіту, що терморозширюється, при 900°С (К с 9 0 0 у д ) визначали наступним чином У розі900°С в ударному та лінійному режимах нагрівангріту до температури 900°С муфельну піч (СНОЛ ня проти значень, що досягаються 1,6 2,5 1/9-13) встановлювали кювету з нержавіючої сталі МІСТКІСТЮ 150см3 Наважку продукту маРезультати, що одержано при реалізації просою т=(0,2-0,3)г вносили у розігріту кювету, встапонованого винаходу, можна пояснити наступним 53071 води Промитий водою нітрат графіту сушать у новлену у печі, и тримали там до повного спученсушильній шафі при 100-110°С до вологості 0,5 ня протягом 60с У результаті нагрівання у режимі %мас Одержують продукт, що терморозщирюєтьтеплового удару відбувалося спучення продукту ся, з коефіцієнтом спучення при 900°С у ударному Кювету з одержаним спученим графітом виймали з 3 режимі нагрівання 266см /г та з коефіцієнтом спупечі, обережно переносили її вміст у скляний вимі3 чення при 900°С у лінійному режимі нагрівання рювальний циліндр й вимірювали об'єм (V, cm ), 3 133см /г зайнятий спученим графітом Значення коефіцієнту спучення визначали з співвідношення Приклади 2-7 (порівняльні, за способом9OOyfl Kc =v/(m-a) (де a - частина висушеного нітрату прототипом [2]) Нітрат графіту, що терморозграфіту у його суміші з борошном пшеничним) як ширюється, одержують як у прикладі 1, але при середнє арифметичне з трьох паралельних виміцьому варіюють КІЛЬКІСТЬ димучої азотної кислоти рювань Допустима розбіжність між паралельними та льодяної оцтової кислоті Витрати реагентів 900уд визначеннями параметру К с становила 5% (димучої азотної кислоти та льодяної оцтової кисВизначення коефіцієнту спучення одержаних пролоті) та характеристики одержаних продуктів надуктів при 900°С у лінійному режимі нагрівання ведено утабл 1 900лін (К с ) проводили аналогічним шляхом, але наПриклад 8 важку зразка вносили у холодну кювету та потім До 25г одержаного у прикладі 1 сухого нітрату витримували и у муфельній печі при 900°С протяграфіту додають 2,5г борошна пшеничного (0,1 гом 2хв вагову частину борошна пшеничного на 1 вагову частину сухого нітрату графіту) й усереднюють Винахід далі ілюструється прикладами одержану суміш перемішуванням протягом Юхв у Приклад 1 (порівняльний, за способомлабораторному змішувачі Характеристики одерпрототипом [2]) У реактор завантажують 25г прижаного нітрату графіту, що терморозширюється, родного лускатого графіту, вмикають перемішунаведено утабл 2 вання та додають 10 cmJ димучої азотної кислоти (0,6 вагової частини на 1 вагову частину вихідного Приклади 9-13 графіту) Через Юхв у реактор додають 100см3 Нітрат графіту, що терморозширюється, одерльодяної оцтової кислоти (4,0 вагових частини на жують як у прикладі 8, але при цьому варіюють 1 вагову частину вихідного графіту) та продовжуКІЛЬКІСТЬ борошна пшеничного, що йде на обробку ють перемішування реакційної маси протягом 10 сухого нітрату графіту Характеристики одержаних хв Опісля ЦЬОГО ВМІСТ реактору переносять у лійку нітратів графіту, що терморозширюються, наведеБюхнера та промивають твердий залишок 0,5дм* но у табл 2 Таблиця 1 Характеристики нітрату графіту, що терморозширюється, який одержано за способом-прототипом [2] (витрати кислот наведено у вагових частинах на одну вагову частину вихідного графіту) № прикладу 1 2 3 4 5 6 7 Витрати кислот Азотна Оцтова 0,60 4,0 0,20 0,6 0,54 0,6 0,36 1,0 0,70 2,0 0,45 3,0 0,54 5,0 Приклад 14 До 25г сухого нітрату графіту, який одержано у прикладі 2, додають 25г борошна пшеничного (1 вагову частину борошна пшеничного на 1 вагову частину сухого нітрату графіту) та усередюють одержану суміш перемішуванням протягом Юхв у лабораторному змішувачі Характеристики одержаного нітрату графіту, що терморозширюється, наведено утабл З К с уииуд , см^/г, ударний режим нагрівання 266 100 140 200 460 400 500 Кс У и и л і н , см^/г, ЛІНІЙНИЙ режим нагрівання 133 50 70 100 230 200 250 Приклад 15 До 25г сухого нітрату графіту, який одержано у прикладі 3, додають 25г борошна пшеничного (1 вагову частину борошна пшеничного на 1 вагову частину сухого нітрату графіту) та усередюють одержану суміш перемішуванням протягом Юхв у лабораторному змішувачі Характеристики одержаного нітрату графіту, що терморозширюється, наведено утабл З 53071 8 Таблиця 2 Порівняння характеристик нітрату графіту, щотерморозширюється, який одержано за пропонованим способом (приклади 8-13) та за способом-прототипом [2] (приклад 1) Витрати борошна пшеничного (вагові час900уд 3 9ООЛІН 3 Кс , см /г, ударний КС , см /г, ЛІНІЙНИЙ тини на 1 вагову частину сухого (а (а режим нагрівання режим нагрівання нітрату графіту) І 1° 0,00 266 133 8 0,10 279 166 9 0,25 290 197 10 0,43 298 229 11 0,67 309 249 ІВ 12 1,0 319 253 ІГ 13 293 215 1,5 Значення коефіцієнту спучення визначено у розрахунку на вагу сухого нітрату графіту, який знаходиться у 1 г його суміші з борошном пшеничнім, За способом-прототипом [2], (в Гранично припустима витрата борошна пшеничного, (г Позамежна витрата борошна пшеничного № прикладу Аналіз даних, які наведено у табл 2, показує, що додаткова обробка сухого нітрату графіту борошном пшеничним у КІЛЬКОСТІ до 1 вагової частини на 1 вагову частину сухого нітрату графіту (порівняння даних прикладу 1 та прикладів 8-12) веде до зростання коефіцієнту спучення нітрату графіту, щотерморозширюється, при 900°С, у ударному та лінійному режимах нагрівання до 1,2 та до 1,9 рази, ВІДПОВІДНО, що забезпечує досягнення технічного ефекту пропонованого винаходу по вказаним параметрам Дані для зразка нітрату графіту, що терморозширюється, який одержано у прикладі 13 (при позамежної витраті борошна пшеничного), ілюструють недоцільність використання борошна пшеничного у КІЛЬКОСТІ більш чім 1 вагової частині на 1 вагову частину сухого нітрату графіту Приклад 16 До 25г сухого нітрату графіту, який одержано у прикладі 4, додають 25г борошна пшеничного (1 вагову частину борошна пшеничного на 1 вагову частину сухого нітрату графіту) та усередюють одержану суміш перемішуванням протягом Юхв у лабораторному змішувачі Характеристики одержаного нітрату графіту, що терморозширюється, наведено утабл З Приклад 17 До 25г сухого нітрату графіту, який одержано у прикладі 5, додають 25г борошна пшеничного (1 вагову частину борошна пшеничного на 1 вагову частину сухого нітрату графіту) та усередюють одержану суміш перемішуванням протягом Юхв у лабораторному змішувачі Характеристики одержаного нітрату графіту, що терморозширюється, наведено утабл З Приклад 18 До 25г сухого нітрату графіту, який одержано у прикладі 6, додають 25г борошна пшеничного (1 вагову частину борошна пшеничного на 1 вагову частину сухого нітрату графіту) та усередюють одержану суміш перемішуванням протягом Юхв у лабораторному змішувачі Характеристики одержаного нітрату графіту, що терморозширюється, наведено утабл З Приклад 19 До 25г сухого нітрату графіту, який одержано у прикладі 7, додають 25г борошна пшеничного (1 вагову частину борошна пшеничного на 1 вагову частину сухого нітрату графіту) та усередюють одержану суміш перемішуванням протягом Юхв у лабораторному змішувачі Характеристики одержаного нітрату графіту, що терморозширюється, наведено утабл З Таблиця З Характеристики нітрату графіту, що терморозширюється, який одержано за пропонованим способом Витрати борошна пшеничного (вагові частиК с 900уд , см3/г, ударний КС9ООЛІН, см3/г, ЛІНІЙНИЙ ни на 1 вагову частину сухого нітрату графірежим нагрівання (а режим нагрівання (а ту) 14 1 120 95 15 1 168 133 16 1 240 190 17 1 552 437 18 1 480 380 19 1 600 475 |а Значення коефіцієнту спучення визначено у розрахунку на вагу сухого нітрату графіту, який знаходиться у 1 г його суміші з борошном пшеничнім № прикладу 53071 Аналіз даних, які наведено у табл 2 та у табл З, показує, що додаткова обробка сухого нітрату графіту борошним пшеничнім у КІЛЬКОСТІ ДО 1 вагової частини на 1 вагову частину сухого нітрату нітрату графіту, дозволяє одержувати нітрат графіту, що терморозширюється, з коефіцієнтом спучення при 900°С в ударному режимі нагрівання до 3 600см /г та з коефіцієнтом спучення при 900°С у 3 лінійному режимі нагрівання до 475см /г Джерела інформації 7 1 Пат 43787 А Україна, МПК С 01 В 31/04 Спосіб одержання терморозширюваного нітрату графіту /О П Ярошенко, М В Савоськін, Л М Капкан, О М Косульніков, В Г Василина, В М Панфілов, В В Железняк, О Б Савсуненко, О О Набоков (ІнФОВ ПАН України), №98095103, Заявл 29 09 1998, Опубл 17 12 2001 Бюл №11 10 2 Пат 43817 А Україна, МПК' С 01 В 31/04 Спосіб одержання нітрату графіту, що терморозширюється / / О П Ярошенко, М В Савоськін, Л М Капкан, О М Косульніков, В В Железняк (ІнФОВ НАН України), №99126982, Заявл 2112 1999, Опубл 17 12 2001 Бюл №11 (Прототип) 3 Ярошенко А П , Попов А Ф , Шапранов В В Технологические аспекты синтеза солей графита //Ж прикл химии, 1994, Т 67, №2 С 204-211 4 Toyoda M , Inagaki M Heavy oil sorption using exfoliated graphite New application of exfoliated graphite to protect heavy oil pollution // Carbon, 2000, V 38, №2 P 199-210 5 Reynolds R A , Gremke R A Influence of expansion volume of intercalated graphite on tensile properties of flexible graphite // Carbon, 2D0f f V 39, №3 P 479-481 TOB "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24