Способ бромирования графита Советский патент 1992 года по МПК C01B31/04 

1

(21)4660156/26 (22)09.01.89 (46)15.10.92. Бюл. №38

(71)Институт химии поверхности АН УССР

(72)К.Н. Хоменко, М.М. Конопля, Э.А. Бакай, А.А. Чуйко и В.К. Пикалов

(56) W.T. Geles and I.A. Turubull. The crystal structure of graphite - bromine compounds. Proc.Roy. Soc. 1965. A238, № 1393. p. 179- 193.

(54) СПОСОБ БРОМИРОВАНИЯ ГРАФИТА (57) Изобретение относится к способам модифицирования графита бромом и может быть использовано в производстве сорбентов. Цель - повышение термостойкости пол- учаемого продукта. Сущность способа заключается в том, что графит прокаливают в вакууме при 900-1100°С и обрабатывают парами брома в вакууме при 250-380°С, после чего избыток брома удаляют. Температура начала разложения бромированного графита, полученного предложенным способом, составляет 385°С, что в 5 раз выше, чем в прототипе. 1 табл.

Изобретение относится к способам модифицирования углеродных материалов, в частности графита, галоидами, а именно бромом, и может быть использовано в производстве сорбентов и наполнителей полимерных композитных материалов.

Целью изобретения является повышение термостойкости получаемого продукта.

Указанная цель достигается тем, что в способе бромирования графита путем введения реакции в атмосфере брома при определенной температуре и последующего выделения продуктов реакции, предварительно графит прокаливают в вакууме при 900-1100°С и бромирование ведут пропусканием паров брома над поверхностью дисперсного графита в диапазоне температур 250-380°С в вакууме или инертной атмосфере, затем удаляют избыток брома и выделяют конечный продукт.

Установлено, что в указанном режиме образуются валентные связи С-Br, гораздо более прочные, чем связи между молекулами брома и слоями решетки графита в слоистом соединении внедрения графит-бром.

Образование прочных реакционно-способных связей С-В на поверхности графита обеспечивают устойчивость и высокие адсорбционные свойства полученного материала.

Для осуществления способа используют природный графит Завальевского месторождения марки ГАК-2, представляющий собой монокристаллические чешуйки размером 0,1-0,15 мм с Зуд 5 м2/г и марки С-00 с размерами частиц М мкм и Зуд 500м2/1.

Общую концентрацию брома в образце определяют с помощью химического анализа. Для определения термической устойчивости соединений графит-бром и анализа выделяющихся при разложении газообразных продуктов используют масс- спектрометр МИ-1201, оборудованный автоматической системой управления и регистрации масс-спектров на базе приставки ПРМ-2 и вычислительного комплекса ИскСО

С

vi

ON 00

сл о

00

ра-1256. Образующиеся продукты термического разложения регистрируют в диапазоне от 10 до 200 а.е.м.

Пример 1. Навеску дисперсного графита массой 3 г помещают в кварцевый реактор и прокаливают в вакууме при температуре 950-1100°С в течение часа, затем реактор охлаждают до 250°С, вводят пары брома (p/ps О Т 250:380°С)в течение 30-60 мин, вакуумирукгг при температуре около 280°С до р 10 мм рт.ст., после чего выгружают п олученный продукт.

Mace-спектрометрический анализ полученного продукта показывает, что термическое разложение начинается при температуре 385°С, а выделяющиеся продукты соответствуют атомарному брому - это свидетельствует об образовании в процессе синтеза прочных связейНС-Вг.

Пример 2. Навеску дисперсного графита массой 3 г помещают в кварцевый реактор и подвергают термообработке в вакууме при 950-1100°С в течение часа, реактор охлаждают до 380°С, вводят пары брома в течение 30-60 мин, после чего вакуумиру- ют и выделяют конечный продукт.

Пример 3. Навеску дисперсного графита массой 3 г помещают в кварцевый реактор, термообрабатывают в вакууме при 950-1100°С в течение часа, затем реактор охлаждают до 300°С, вводят пары брома в течение 30-60 мин, после чего вакуумируют при этой же температуре и выделяют конечный продукт.

Пример 4. Навеску графита массой 3 г отжигают в вакууме при 900°С в течение 60 минут, затем реактор охлаждают до 250°С, вводят пары брома (p/ps 1, Т 250°С) в течение 30-60 мин, вакуумируют до р мм рт.ст. Полученный продукт согласно масс-спектрометрическому анализу представляет модифицированный графит со связями ЈС-Вг на поверхности.

Пример 5. Навеску графита массой 3 г отжигают в вакууме при 1000°С в течение 60 минут, затем реактор охлаждают до 250°С и далее проводят бромирование согласно методике, описанной в примере 3. Полученный продукт идентифицирован аналогичным методом.

Пример 6. Навеску графита массой 3 г отжигают в вакууме при 1100°С в течение

44 минут, далее графит бромируют соответственно примеру 3. Анализ подтвердил получение модифицированного графита со связями С-Вг на поверхности.

Пример 7 (прототип). Навеску графита массой 5 г помещают в кварцевый реактор, отжигают в вакууме при 950-1100°С в течение 1 ч для удаления примесей, охлаждают. При температуре 20°С вводят пары брома (р/р - 1), в течение 4 ч выдерживают,

затем вакуумируют до р мм рт.ст, и выделяют полученный продукт.

Изучение термостойкости полученного продукта показало, что продукт при нагревании разлагается при температуре 70°С.

Термостойкость продукта определяется методом термодесорбционной масс-спект- рометрии. Температуры начала разложения полученных продуктов (примеры 1-7) приведены в таблице.

Таким образом, предложенный способ позволяет более чем в 5 раз по сравнению с прототипом повысить термическую стойкость бромированного графита, что позволяет использовать такие графиты в качестве

адсорбентов.

Формула изобретения Способ бромирования графита, включающий обработку графита парами брома, отличающийся тем, что, с целью

повышения термостойкости получаемого продукта, графит прокаливают при 900- 1100°С и обработку бромом ведут в вакууме при 250-380°С с последующим удалением избытка брома.