Спосіб одержання графіту, що терморозширюється

Спосіб одержання графіту, що терморозширюється, який включає послідовну обробку природного лускатого графіту концентрованим водним розчином дихромату натрію, концентрованою сірчаною кислотою, подальшу обробку утвореного окисленого графіту водою у динамічному режимі та сушіння кінцевого продукту, який відрізняється тим, що промитий водою сирий продукт витримують не менше ніж 48 год. (19) (21) 20041210220 (22) 13.12.2004 (24) 16.01.2006 (46) 16.01.2006, Бюл. № 1, 2006 р. (72) Ярошенко Олександр Павлович, Савоськін Михайло Віталійович, Магазинський Олександр Миколайович, Савсуненко Олег Борисович, Шологон Віктор Іванович, Жуковський Сергій Миколайович (73) ІНСТИТУТ ФІЗИКО-ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ І ВУГЛЕХІМІЇ ІМ. Л. М. ЛИТВИНЕНКА НАН УКРАЇНИ (56) UA, 53047, 15.01.2003, A UA, 49455, 15.09.2002, A UA, 20513, 15.07.1997, A UA, 21167, 04.11.1997, A UA, 18065, 17.06.1997, A 3 74746 4 мивку окисленого графіту водою у динамічному гійному виробництві. Вказаний недолік способурежимі на фільтрі до рН промивних вод 5-6 та супрототипу [3] усувають шляхом використання для шку промитого водою сирого продукту при 100обробки окисленого графіту охолодженої води або 110°С до вологості не більш ніж 1,0% мас. Відомий її суміші з льодом. Однак це викликає збільшення спосіб [2] зберігає високу економічність та техноенерговитрат та підвищує собівартість кінцевого логічність відомого способу [1] та дозволяє одерпродукту. жувати продукти з коефіцієнтом спучення при В основу винаходу, що заявляється, покладе900°С у лінійному режимі нагрівання (Кс900лін) до но задачу одержання і рафіту, то терморозширю200 см3/г. ється, з коефіцієнтом спучення при 900°С у лінійОднак відомий спосіб [2], як і відомий спосіб ному режимі (Кс900лін) не менш ніж 200см3/г при [1], передбачає використання у якості реагенту використанні для обробки окисленого графіту води для окислення графіту хромового ангідриду у виз температурою 25-35°С. гляді концентрованого водного розчину. Хромовий Задача, яка поставлена у способі, що пропоангідрид та його водні розчини є дуже небезпечнується, вирішується за рахунок того, що, на відними у поводженні реагентами і при роботі з ними міну від відомого способу-прототипу [3], який містреба додержуватись спеціальних заходів безпетить послідовну обробку порошку природного ки. Окрім того, концентровані водні розчини хролускатого графіту концентрованим водним розчимового ангідриду є дуже корозійноактивними, що ном дихромату натрію, концентрованою сірчаною веде до швидкого виведення з ладу технологічнокислотою, додавання у реакційну масу, яка містить го обладнання, яке використовують для одержанокислений графіт та відпрацьований інтеркалююня вказаних розчинів, їх зберігання та транспортучий розчин, води, витримування одержаної суміші вання. Окрім цього, хромовий ангідрид є у стаціонарних умовах (без перемішування) протякоштовним реагентом, що обумовлює високу собігом 24год., відокремлення твердої фази на фільтвартість кінцевої о продукту, який одержують при рі, промивку твердого продукту водою на фільтрі у його використанні за відомим способом [2]. динамічному режимі до рН промивних вод 5-6 та Найбільш близьким до рішення, що заявлясушку при 100-110°С до вологості не більш ніж ється, за технічною сутністю і результатом, що 1.0% мас., при здійсненні способу, що заявляєтьдосягається, є спосіб одержання графіту, що терся, окислений графіт спочатку промивають водою морозширюється [3], обраний нами в якості протоу динамічному режимі до рН промивних вод 5-6. типу. Спосіб-прототип [3] включає послідовну обпотім промитий продукт витримують у стаціонарробку порошку природного лускатого графіту них умовах без перемішування протягом не менш концентрованим водним розчином дихромату наніж 48год. і далі сушать при 100-110°С до вологострію протягом 10хв., концентрованою сірчаною ті не більш ніж 1,0% мас. кислотою протягом 10хв., додавання у реакційну Суттєвими відмінами способу, що заявляєтьмасу води, витримування одержаної суміші в стася, від способу-прототипу [3] є те, що: ціонарному стані (без перемішування) на протязі окислений графіт спочатку піддають прямій 24год., промивку окисленого графіту водою у дипромивці у динамічному режимі, а потім промитий намічному режимі на фільтрі до рН промивних вод сирий продукт витримують у стаціонарних умовах 5-6 та сушку промитого водою сирого продукту при без перемішування протягом не менш ніж 48год.; 100-110°С до вологості не більш ніж 1,0 % мас. витримування сирого продукту у стаціонарних Спосіб-прототип [3] дозволяє одержувати проумовах здійснюється при відсутності вільної рідкої дукти з коефіцієнтом спучення при 900°С у лінійфази. ному режимі (Кс900лін) до 200см3/г при одночасному Реалізація пропонованого способу дозволяє зберіганні високої економічності та технологічності одержувати кінцевий продукт зі значеннями коефівідомого способу [2]. У порівнянні з відомим споцієнту спучення при 900°С у лінійному режимі насобом [2] спосіб-прототип [3] характеризується грівання (Кс900лін) не менш ніж 200см3/г при викоризначно більш високим рівнем безпеки при реалізастанні для обробки окисленого графіту води з ції за рахунок використання в якості окислювача температурою 25-35°С, що забезпечує досягнення замість концентрованого водного розчину хромотехнічного ефекту винаходу. вого ангідриду більш безпечного та менш корозійЕкспериментально встановлено, що триваноактивного водного розчину дихромату натрію. лість витримування промитого водою сирого проОднак спосіб-прототип [3] забезпечує одержання дукту до початку його сушіння становить не менш кінцевого продукту з коефіцієнтом спучення при ніж 48 год. При витримуванні промитого водою 900°С у лінійному режимі нагрівання (Кс900лін) не сирого продукту менш 48 год. кінцевий продукт менш ніж 200 см3/г тільки при використанні для має значення коефіцієнту спучення при 900°С у обробки окисленого графі ту водою у стаціонарлінійному режимі нагрівання менш 200см3/г, що не ному режимі води з температурою не більш ніж забезпечує досягнення технічного ефекту винахо20°С. переважно з температурою 4-16°С. Наш доду за вказаним параметром. Збільшення тривалосвід практичного використання способу-прототипу сті витримування промитого водою сирого продук[3] для одержання графіту, що терморозширюєтьту до початку його сушіння більш 48 год. є ся, показав, що влітку, коли температура води донедоцільним, оскільки не веде до подальшого підсягає 25-35°С, значення параметру Кс900лін кінцевовищення значення коефіцієнту спучення кінцевого го продукту знаходяться в діапазоні 100-120см3/г. продукту в порівнянні з досягнутим. Це різко зменшує ефективність використання проЕкспериментально встановлено, що досягнендукту у складі інертних теплоізолюючих сумішей, ня технічного ефекту винаходу забезпечується при що спучуються, які використовуються в металурвитримуванні промитого водою сирого продукту в 5 74746 6 умовах як вільного, так і обмеженого контакту з ману суміш перемішуванням протягом 1-2хв. Потім навколишнім середовищем. вміст реактору переносили у скляний стакан з виДосягнутий у цьому винаході технічний ефект користанням 300г охолодженої води або 300 г суможе бути пояснено наступним чином. При здійсміші води з льодом. Одержану суміш окисленого ненні способу-прототипу в момент контакту окисграфіту з водою залишали у стаціонарному стані леного графіту з водою відбувається великий розі(без перемішування) на 24 год. Далі тверду фазу грів реакційної маси. обумовлений тепловим відфільтровували на паперовому фільтрі у вакуумі ефектом гідратації концентрованої сірчаної кисло і водоструминного насосу з використанням лійки и. У результаті локального розігріву протікає швиБюхнера та колби Бунзена та опісля цього промидке часткове деінтеркалювання впроваджених у вали окислений графіт на фільтрі до рН промивматрицю графіту молекул, що в свою чергу веде них вод 5-6. Промитий водою сирий продукт сушидо істотного зниження коефіцієнту спучення кінцели у лабораторній шафі при 100-110°С до вого продукту. З цієї причини для одержання провологості не більш ніж 1,0 % мас. дукту з високим коефіцієнтом спучення необхідно Синтез графіту, що терморозширюється, за використовувати охолоджену воду або суміш води пропонованим способом здійснювали як за спосоз льодом. При здійсненні пропонованого способу бом-прототипом [3], але при цьому опісля заверрозігрів часток окисленого графіту на початку пряшення стадії обробки реакційної маси концентромої промивки у динамічному режимі, який обумовваною сірчаною кислотою у реактор вводили 200г лено гідратацією сірчаної кислоти. знижується за води з температурою 25-35°С та усереднювали рахунок безперервного відводу тепла з промивниодержану суміш перемішуванням протягом 1-2 хв. ми водами и охолодження часток промивною воПотім тверду фазу відфільтровували на паперодою, що безперервно надходить. Це веде до збевому фільтрі у вакуумі водоструминного насосу з рігання інтеркальованих часток в міжшаровому використанням лійки Бюхнера та колби Бунзена та просторі окисленого графі і у. що дозволяє одербезперервно промивали на фільтрі до рН промивжувати кінцевий продукт з високим коефіцієнтом них вод 5-6. Промитий водою сирий продукт переспучення. носили в чашку Петрі або у поліетиленовий пакет і Для реалізації пропонованого способу та спочерез визначений період часу витримування при собу-прототипу [3] використовували природний температурі навколишнього середовища сушили в лускатий графіт марки ГТ-1 за Держстандартом лабораторній шафі при 100-110°С до вологості не СРСР 4596-75 виробництва Заваллівського графібільш ніж 1,0% мас. тового комбінату (Україна), концентровану сірчану Коефіцієнт спучення (Кс900лін) продуктів, що кислоту кваліфікації «хч» з концентрацією 95,8% одержано за пропонованим способом та за спосо3 мас. (d = 1,835г/см ) за Держстандартом СРСР бом-прототипом [З], визначали при 900°С у ліній4204-77, натрій двохромовокислий (дихромат наному режимі нагрівання наступним чином. Наважтрію) кваліфікації «технічний» за Держстандартом ку зразка продукту масою m = (0,4-0,5)г вносили у СРСР 2651-78. холодну кювету з нержавіючої сталі місткістю Водні розчини дихромату натрію з концентра150cм3. Потім кювету зі зразком на 2хв. вносили у 3 цією 67,7% мас. (d = 1,65г/см ) готували шляхом попередньо розігріту до 900°С муфельну піч Fisher розчинення наважок дихромату натрію у дистиScientific Isotemp® Model 650 Programmable Muffle льованої воді. Для промивки окисленого графіту Furnace. В результаті нагрівання відбувалося спуводою на фільтрі у динамічному режимі викорисчення зразка з утворенням спученого графіту. Кютовували воду з мережі побутового водопостачанвету з одержаним спученим графітом виймали з ня з температурою у діапазоні від 25°С до 35°С. печі, обережно переносили її вміст у скляний виміДля обробки окисленого графіту водою в старювальний циліндр й вимірювали об'єм (V, см3), ціонарному режимі за способом-прототипом [3] що займає спучений графіт. Значення коефіцієнту використовували попередньо охолоджену в холоспучення Кс (см3/г) визначали з співвідношення Кс дильнику воду, яку було взято з мережі побутового =V/m як середнє арифметичне з трьох паралельводопостачання, або суміш води з льодом. них вимірювань. Допустима розбіжність між параСинтез графіту, що терморозширюється, за лельними визначеннями параметру Кс становила способом-прототипом [3] здійснювали у відкрито5%. му скляному циліндричному реакторі місткістю Реалізація пропонованого способу одержання 300см3, який обладнано Т-подібною мішалкою з графіту, що терморозширюється, далі ілюструєтьнержавіючої сталі, що обертається зі швидкістю ся прикладами. 100±10хв.-1. Для перемішування реакційної маси Приклад 1 (порівняльний, за способомвикористовували універсальний лабораторний прототипом [3]) змішувач MPW 309. Завантаження вихідного граУ реактор завантажують 25г природного лусфіту у всіх експериментах було постійним й станокатого графіту, вмикають перемішування та додавило 25г. Опісля завантаження графіту у реактор ють 3,5см3 концентрованого водного розчину дихпочинали перемішування та додавали до графіту ромату натрію. Через 10хв. у реактор додають 3 3 3,5см водного розчину дихромату натрію. Через 11,0см концентрованої сірчаної кислоти та продо10хв. перемішування у реакційну масу додавали вжують перемішування реакційної маси протягом 11,0см3 концентрованої сірчаної кислоти та продо10хв. Потім у реактор додають 200см3 охолоджевжували перемішування реакційної маси ще на ної до 10°С води та перемішують одержану суміш протязі 10хв. Потім перемішування зупиняли, ввопротягом 1хв. Опісля цього вміст реактору перенодили у реактор 200г охолодженої води з темперасять у скляний стакан і додають 300 г охолодженої турою не більш ніж 20°С та усереднювали отридо 10°С води. Вміст стакану залишають на 24 год. 7 74746 8 у стаціонарному стані (без перемішування). Далі 110°С до вологості 0,5% мас. Значення параметру твердий залишок відфільтровують на паперову Кс900лін для одержаного графіту, що терморозшифільтрі та промивають його водою з температурюється, наведено в табл. 2. рою 25°С. Промитий водою сирий продукт сушать Приклад 8 у сушильній шафі при 100-110°С до вологості 0,5% Графіт, що терморозширюється, одержують як 900лін мас. Значення параметру Кс для одержаного у прикладі 7, але при цьому промитий водою сиграфіту, що терморозширюється, наведено в табл. рий продукт до початку його сушки протягом 1. 48год. витримують у нещільно закритому поліетиПриклади 2-6 (порівняльні, за способомленовому пакеті. Значення параметру Кс900лін для прототипом [3]) одержаного при цьому зразка графіту, що термоГрафіт, що терморозширюється, одержують як розширюються, наведено в табл. 2. у прикладі 1, але при цьому варіюють температуру Приклади 9-11 води, яку використовують на стадії обробкиокисГрафіт, що терморозширюється, одержують як леного графіту в стаціонарному режимі. Значення у прикладі 7, але при цьому варіюють температуру параметру Кс900лін для одержаних при цьому зразводи, яку використовують для промивки окисленоків графіту, що терморозширюються, наведено у го графіту. Значення параметру Кс900лін для одертабл. 1. жаних при цьому зразків графіту, що терморозширюються, наведено в табл. 2. Таблиця 1 Приклади 12-20 Графіт, що терморозширюється, одержують як Значення коефіцієнту спучення при 900°С у лінійу прикладі 7, але при цьому варіюють тривалість ному режимі нагрівання для зразків графіту, що витримування промитого водою сирого продукту терморозширюються, одержаних при реалізації від моменту його одержання до початку сушки. способу-прототипу [3] Значення параметру Кс900лін для одержаних при цьому зразків графіту, що терморозширюються, Температура води, яку наведено в табл. 2. використовують на стадії № приклаКс900лін, обробки окисленого графіТаблиця 2 ду см3/Г ту в стаціонарному режимі, Значення коефіцієнту спучення при 900°С у ліній°С ному режимі нагрівання для зразків графіту, що 1 10 200 терморозширюються, одержаних за пропонованим способом 2 4 200 3 20 190 4 25 120 5 30 110 6 35 100 Наведені у табл. 1 дані показують, що використання води з температурою 25-35°С на стадії обробки окисленого графіту в стаціонарному режимі при реалізації способу-прототипу [3] веде до одержання кінцевого продукту з неприпустимо низькими (100-120см3/г) значеннями коефіцієнту спучення при 900°С у лінійному режимі нагрівання (Приклади 4-6). Приклад 7 У реактор завантажують 25г природного лускатого графіту, вмикають перемішування та додають 3,5см3 концентрованого водного розчину дихромату натрію. Через 10 хв. у реактор додають 11,0см3 концентрованої сірчаної кислоти та продовжують перемішування реакційної маси протягом 10хв. Потім у реактор додають 200см3 води з температурою 25°С та перемішують одержану суміш протягом 1хв. Опісля цього вміст реактору переносять на паперовий фільтр, відфільтровують твердий залишок та промивають його водою з температурою 25°С. Промитий водою сирий продукт переносять у чашку Петрі, залишають на 48год. в умовах вільного контакту з навколишнім середовищем і потім сушать у сушильній шафі при 100 № прикладу Температура Тривалість води, яку вико- витримування ристовують на промитого К 900лін, стадії прямої водою сирого с 3 см /г промивки окис- продукту до леного графіту, початку суш°С ки, год. 7 25 48 235 8 25 48 235 9 20 48 250 10 30 48 215 11 35 48 200 12 25 0 100 13 25 2 105 14 25 6 120 15 25 12 150 16 25 24 180 17 25 36 195 18 25 48 235 19 25 52 233 20 25 60 235 9 74746 10 ся, на основі графіту / О.П.Ярошенко, Аналіз даних табл. 2 та порівняння цих даних з В.В.Шапранов, М.В.Савоськін, В.О.Кучеренко, даними табл. 1. показують. що реалізація пропоО.А.Сергієнко (ІнФОВ ПАН України); Заявл. нованого способу дозволяє одержувати графіт, що 01.03.95; № 95030972; Опубл. 27.02.98. терморозширюється, з коефіцієнтом спучення при 2. Пат. 21167 А Україна, МПК6 С 01 В/31/04. 900°С у лінійному режимі нагрівання не менш ніж Спосіб одержання графіту, що терморозширюєть200см3/г шляхом прямої промивки окисленого ся / О.П.Ярошенко, В.В.Шапранов, В.О.Кучеренко. графіту водою з температурою до 35°С та витриО.А.Сергієнко, С.Б.Любчик, В.Д.Кассов (ІнФОВ мування промитого водою сирого продукту до поПАН України); Заявл. 15.02.93; № 93050430; чатку його сушки протягом не менш 48год. ПропоОпубл. 27.02.98. нований спосіб є простим при реалізації та його 3. Пат. 53047 А Україна, МПК7 С 01 В/З 1/04. може бути використано для промислового виробСпосіб одержання терморозширюваного графіту / ництва графіту, що терморозширюється. О.П.Ярошенко, М.В.Савоськіп, О.М.Магазинський, Джерела інформації О.Б.Савсуненко, С.М.Жуковський (ІнФОВ ПАН 1. Пат. 20513 А Україна, МПК6 С 01 В/31/04. України); Заявл. 19.02.2002; № 2002021371; Спосіб одержання сполуки, що терморозширюєтьОпубл. 15.01.2003. (Прототип). Комп’ютерна верстка M. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601