TỔNG QUAN VỀ EXPANDABLE GRAPHITE*
Graphit (than chì) là một dạng tinh thể của nguyên tố cacbon với các nguyên tử của nó được sắp xếp theo cấu trúc lục giác.
TỔNG QUAN VỀ EXPANDABLE GRAPHITE*
- Graphit là gì.
Graphit (than chì) là một dạng tinh thể của nguyên tố cacbon với các nguyên tử của nó được sắp xếp theo cấu trúc lục giác. Cấu trúc của graphit được mô tả như dưới hình 1. Nó tồn tại trong tự nhiên ở dạng này và là dạng cacbon ổn định nhất trong điều kiện tiêu chuẩn. Dưới áp suất và nhiệt độ cao, nó chuyển thành kim cương. Nó là một chất dẫn điện tốt nên được dùng trong các sản phẩm điện tử như điện cực, pin và tấm pin mặt trời.
Hình 1: Cấu trúc của Graphite
- Quá trình tổng hợp Expandable Graphite
Quá trình tổng hợp expandable graphite được chia thành hai giai đoạn. Quá trình tổng hợp này được trình bày ở hình 2.
Giai đoạn đầu tiên xảy ra quá trình oxy hóa của graphit tự nhiên. Một lượng graphit nhất định được cho vào dung dịch H2O2 và phân tán hoàn toàn bằng máy khuấy từ trong 5 phút. Sau đó hệ phân tán được để ổn định 6 giờ ở nhiệt độ 25°C trong tủ ổn định nhiệt và sau đó được rửa bằng nước tinh khiết và sấy khô ở 60°C trong 4 giờ để thu được graphit oxy hóa.
Giai đoạn thứ hai hình thành phản ứng oxy hóa và sự sắp xếp xen kẽ của các lớp graphit. Một lượng KMnO4 được thêm vào dung dịch HClO4, khuấy đều trong 2 phút. Sau đó graphit oxy hóa trước đó được cho vào hỗn hợp dung dịch, được khuấy thêm 5 min. Hệ phản ứng được đặt trong nồi cách thủy ở 40°C và để phản ứng trong 30 phút. Sau đó, một lượng Axit acetic (HAc) được thêm vào hệ phản ứng, và phản ứng tiếp tục trong 30 phút nữa trong cùng điều kiện. Sau đó, sản phẩm được rửa bằng nước tinh khiết, cho đến khi dung dịch lọc trở nên trong suốt với độ pH từ 5–7. Cuối cùng ta thu được expandable graphite, sau khi sản phẩm được làm khô ở 60°C trong 4 giờ.
Hình 2: Quá trình tổng hợp Expandable Graphite
- Quá trình giãn nở vì nhiệt của expandable graphite
Do cấu trúc phân lớp của than chì, các nguyên tử hoặc phân tử nhỏ như Axit sunfuric, Axit perchloric có thể được đưa vào giữa các lớp cacbon. Các lớp expandable graphite có tỷ lệ các lớp xen kẽ cao. Dưới tác động của nhiệt, các mảnh graphit nở ra. Tùy thuộc vào mức độ giãn nở của expandable graphite nó có thể bắt đầu giãn nở ở nhiệt độ từ 180°C và có thể xảy ra đột ngột và nhanh chóng. Trong trường hợp giãn nở tự do, thể tích cuối cùng có thể lớn hơn thể tích ban đầu 200-300 lần. Các đặc tính của expandable graphite là nhiệt độ giãn nở ban đầu và mức độ giãn nở, chủ yếu được xác định bởi tỉ lệ các lớp xen kẽ và tác nhân xen kẽ. Hình 3 mô tả quả trình tổng hợp và giãn nở của Expandable Graphite.
- Các ứng dụng của Expandable Graphite
Một số ứng dụng phổ biến của Expandable Graphite bao gồm:
Phụ gia chống cháy: Một trong những ứng dụng chính của expandable graphite là làm chất chống cháy. Nó được sử dụng làm phụ gia chống cháy cho xốp PU, nhựa, sơn . Khi tiếp xúc với nhiệt, expandable graphite nở ra và tạo thành một lớp thụ động trên bề mặt vật liệu. Điều này làm chậm sự lan truyền của đám cháy và giảm thiểu những hậu quả nguy hiểm nhất của lửa đối với con người là sự hình thành nhiệt, khí độc và khói.
Lá than chì: được sản xuất bằng cách nén expandable graphite đã nở ra hoặc có thể được sản xuất từ graphit nguyên chất. Chúng chủ yếu được sử dụng làm vật liệu chịu nhiệt và chịu hóa chất trong xây dựng nhà máy hóa chất.
Ứng dụng trong luyện kim: Expandable graphit được sử dụng trong luyện kim để phủ lên các chất nóng chảy và khuôn đúc. Ở đây nó đóng vai trò là chất cách điện và ngăn chặn quá trình oxy hóa.
*) Epandable graphite dịch đúng nghĩa là “than chì có thể giãn nở” là loại Graphit có khả năng giãn nở ở nhiệt độ khoảng 200oC.
Trên đây là một số kiến thức cơ bản về “EXPANDABLE GRAPHITE VÀ CÁC ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN” mà chúng tôi chia sẻ. Hi vọng sẽ cung cấp những thông tin bổ ích đến các bạn trong việc sử dụng expandable graphite cho các ứng dụng phù hợp của mình.
