Способ получения слоистого соединения графита с хлоридом железа (III) Советский патент 1992 года по МПК C01B31/00 

Изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности соединений внедрения графита с хлоридом железа (III).

Известны способы получения слоистых соединений графита (ССГ) с хлоридом железа (III), которые включают нагревание вакууми- рованной смеси графита с в температурном диапазоне 473-673 К, а также раздельный нагрев графита и в двухсекционной ампуле при 548-673 К в атмосфере сухого хлора.

Однако при использовании первого способа получают неоднородный продукт, загрязненный непрореагировавшей солью, а использование второго осложняется применением химически агрессивного хлора, гигроскопичностью имеющегося FeCIa и большим временем проведения процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения ССГ с , в котором смесь графита с порошкообразным

металлическим железом нагревают в токе хлора в течение 6 ч при 473-673 К. После этого полученный продукт отмывают 10- 15%-ной соляной кислотой до полного удаления непрореагировавшей соли, а затем дистиллированной водой, и сушат при 393 К. Недостатком этого способа является сложность и многостадийность процесса, а также неоднородность получаемого продукта. При непосредственном контакте порошка железа с графитом происходит загрязнение конечного продукта непрореагировавшими соединениями. При обработке продуктов внедрения растворителями (соляная кислота, вода) происходит вымывание хлорида из граничных областей зерен ССГ и внедрение молекул растворителя в решетку графита, что нарушает чистоту и однородность конечного продукта. Кроме того, обработка водой может приводить к частичному гидролизу внедренного хлорида железа (III) в гигроскопичном ССГ. В указанном температурном диапазоё

ю

СА О 1

не происходит разрушение ССГ наряду с его образованием. Использование в качестве реагента ядовитого, химически агрессивного хлора создает дополнительные технологические трудности.

Целью изобретения является повышение однородности целевого продукта и упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему взаимо- действие графита с продуктами реакции металлического железа и хлорирующего агента при нагревании, в качестве хлорирующего агента будет четыреххлористый углерод, металлическое железо нагревают до 850-950 К, а графит выдерживают при 600- 800 К.

Для осуществления способа используют образцы пирографита марки ПГВ (ТУ 6- 02-711-77), а также спрессованные табл.етки дисперсного (чешуйчатого) графита марки ГСМ-1, стальную проволоку (ГОСТ 3282-74). Образцы готовят в рабочем объе- ме вакуумного универсального поста ВУП- 5. В рабочий объем ВУП-5 помещают образац графита, стальную проволоку закрепляют в токопроводящих контактах. Рабочий объем после предварительного нагрева графита в вакууме заполняют парами ССМ.

При нагреве током металлического железа в парах CCt4 на его поверхности происходит диссоциация ССЦ с образованием летучего FeCb. Нагретый графитовый об- разец приходит в контакт с парами . Происходит образование ССГ. Исследование полученных образцов ССГ осуществляют на масс-спектрометре МС 720Ш методом масс-спектрометрии вторичных ионов. С помощью методик послойного анализа в рамках метода масс-спектрометрии вторичных ионов получены проф- илограммы верхних слоев образцов ССГ. Массовую долю FeCto в ССГ определяют по относительной интенсивности выхода ионов железа (56 а.е.м.) и ионов углерода (12 а.е.м.) в различных точках профилограм- мы по формуле

iFe Kpe lVteCla

(О -

lFe-KFe-M eCl3+U-Kc-Wt

где Кре. Кс - коэффициенты относительной чувствительности;

Ipe. Ic - относительные интенсивности выхода соответствующих ионов;

MFeCIs , Me -молекулярные веса. Мерой однородности конечного продукта служит постоянство параметра всей

0 5

0 5 0

5 0 5

0

5

исследуемой глубине образца. Воспроизводимость результатов масс-спектрометриче- ского анализа изучена для 5 образцов. Стандартное отклонение относительного содержания хлорида железа (III) в графите не превышало 5%.

Пример 1, Пластинку пирографита (0,5 г) предварительно вакуумируют при 900 К до остаточного давления 10 Па. После охлаждения графита до 600 К реакционный объем заполняют парами CCU. осушенного над CaCl2, и одновременно нагревают электрическим током стальную проволоку до 900 К. Графитовый образец экспонируют а парах в течение 1 ч. Затем рабочий обьем ВУП-5 откачивают до остаточного давления Па. охлаждают образец до комнатной температуры и повышают давление до атмосферного.

П р и меры 2-5. Осуществляют аналогично примеру 1, однако изменяют темпера- туру графита. Если температура графита ниже предлагаемого интервала (пример 4), ССГ содержит переменное количество FeCb по глубине образца. Если температура графита выше предлагаемого интервала, снижается содержание FeCb в конечном продукте.

Примеры 6-9. Осуществляют аналогично примеру 1, однако изменяют температуру металлического железа, а температура графита равна 700 К. Если температура металлического железа выше предлагаемого интервала (пример 8), то свойства ССГ не улучшаются по сравнению с примером 7 (Т- 950 К). Следовательно, применение температуры выше 950 К нерационально, так как дополнительные энергетические затраты на нагревание железа не улучшают свойства конечного продукта. При температуре ниже предлагаемого интервала (пример 9) резко снижается содержание FeCto в ССГ.

Пример 10. Осуществляют аналогично примеру 1, но вместо пластинки пирографита используют таблетку графита марки ГСМ-1 (0,5 г).

Пример 11. Осуществляют аналогично примеру 2, но вместо пластинки пирографита используют таблетку графита ГСМ-1 (0,5 г). Достижение цели в этом случае показывает несущественность формы графита (пирографит или дисперсный графит).

Примеры 12-14. Получение ССГ с РеС1з по прототипу. Для этого смесь 1 г графита марки ГСМ-1 и 3 г порошка железа марки ч. помещают в трубчатую печь и нагревают в токе хлора в течение 6 ч. Затем охлаждают, отмывают 10%-ной соляной кислотой для удаления непрореагировавших железа и соли, промывают водой, после чего сушат при 393 К.

В табл.1 приведены данные по влиянию температуры графита и железа на однородность ССГ.

Для определения влияния времени нагрева образцы графита выдерживают при 700 К (температура металлического железа 900 К) в течение 20. 40, 60, 80 и 100 мин. После этого в каждом образце определяют параметр ft) на различной глубине, как описано выше.

Результаты масс-спектрометрического анализа представлены в табл.2.

Как видно из табл.2, продолжительность нагрева влияет на относительное содержание хлорида железа (III) в образце, а однородность при этом практически не изменяется. При нагревании в течение более 1 ч относительное содержание хлорида железа (III) практически не увеличивается.

Непрореагировавшие соединения в целевых продуктах отсутствуют как для известного, так и предлагаемого способов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить однородное слоистое соединение графита с высоким содержанием хлорида железа ()М). Способ не требует сложного аппаратурного оформления, существенно сокращает время проведения процесса.

Формула изобретения 0 1. Способ получения слоистого соединения графита с хлоридом железа (III), включающий взаимодействие графита с продуктом реакции хлорирующего агента и металлического железа при нагревании, отличаю- 5 щ и и с я тем, что, с целью повышения однородности целевого продукта и упрощения процесса, в качестве хлорирующего агента берут четыреххлористый углерод, а металлическое железо используют в виде 0 проволоки, которую нагревают до 850-950 К. 2. Способ по п. t,отличающийся тем, что температура графита во время взаимодействия составляет 600-800 К.

Изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности соединений внедрения графита с хлоридом железа (III). Целью изобретения является повышение однородности целевого продукта и упрощение процесса. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем взаимодействие графита с продуктами реакции металлического железа и хлорирующего агента при нагревании, в качестве хлорирующего агента берут четыреххлористый углерод, металлическое железо используют з виде проволоки, которую нагревают до 8 0-950 К. Температура графита составляет 600-800 К. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Таблица 1

Примем ание Температура графика 700 К , а железо -900 К.

Таблица 2