Nima uchun kaltsiy karbid amaliy uglerod manbai hisoblanadi
Kaltsiy karbid (CaC2) elektr pechda ohakni uglerod bilan yuqori{1}}haroratni pasaytirish orqali ishlab chiqariladi va u quyma tonnajda sotiladigan eng past-xarajatli konsentrlangan uglerod tashuvchilardan biri bo'lib qolmoqda. Grafen ishlab chiqarish uchun uning qiymati karbid ionining reaktivligidadir: ikki o'lchovli o'sish uchun zarur bo'lgan uglerod skeleti allaqachon oddiy ikki-uglerod birligida yig'ilgan, shuning uchun xom ashyo tabiiy grafit yoki uglevodorod gaziga qaraganda ancha kamroq dastlabki ishlov berish bilan yetib boradi, ularning ikkalasi ham o'sishdan oldin tozalanishi yoki tozalanishi kerak.
Tijorat kaltsiy karbid asosan asetilen unumi va bo'lak hajmi bo'yicha tasniflanadi. Standart o'lcham sinflari 0-5 mm, 5-25 mm, 25-50 mm va 50-80 mm ni o'z ichiga oladi. Dag'al sinflar odatda kimyoviy sintez uchun tanlanadi, chunki ular saqlash va tashish paytida atrof-muhit namligiga kamroq sirt maydoni ta'sir qiladi, shuning uchun reaktorga etib borgunga qadar erta gidrolizga kamroq material yo'qoladi.
Ikki oʻlchovli grafen uchun -Besh bosqichli tayyorgarlik yoʻnalishi-
Birinchi bosqich uglerod manbasining prekursorini hosil qiladi. Kaltsiy karbid va sirt faol modda 50:(3-6) massa nisbatida yopiq aralashtirgichga quyiladi. Idish 60-100 daraja haroratda ushlab turiladi va 80-120 aylanish tezligida 5-10 daqiqa davomida aralashtiriladi. Mo''tadil harorat va past kesish ataylab qo'llaniladi, chunki mahalliy haddan tashqari qizib ketish dispers karbidni barqarorlashtirishdan oldin sirt faol moddasini parchalaydi.
Ikkinchi qadam shablonni yaratadi. Rektorit avval etanol bilan yuviladi va keyin katalizator bilan rektorit{1}}katalizator massasi nisbati-8:(0,1-0,3) bilan birlashtiriladi. Aralash 500-600 Vt quvvatga ega mikroto'lqinli pechda rektorit tomonidan qo'llab-quvvatlanadigan katalizator shablonini berish uchun 3-5 daqiqa davomida ishlov beriladi. Etanolni yuvish tozalash bosqichidan ko'ra nazorat nuqtasidir: loydagi adsorbsiyalangan suv interkalatsiya paytida uglerod kashshofi bilan raqobatlashadi va qatlamlararo to'ldirishning bir xilligini pasaytiradi.
Uchinchi bosqich - interkalatsiya bosqichi. Birinchi bosqichdagi prekursor va ikkinchi bosqichdagi yuklangan shablon 1:(3-4) massa nisbatida yopiq dispersli mikserga zaryadlanadi. Mikser 60-80 daraja haroratda ushlab turiladi va 800-1000 aylanish tezligida ishlaydi, 5-10 MPa vakuum 10-20 daqiqa davomida qo'llaniladi, shunda prekursor rektorit qatlamlari galereyalariga tortiladi va uning ichida saqlanadi. Mahsulot rektorit-qatlamli uglerod manbai kashshofidir.
To'rtinchi qadam - o'sish bosqichi. Interkalatsiyalangan prekursor yopiq quruq reaktorga joylashtiriladi, aralash kislota qo'shiladi va reaktor 80-100 ml / min argon oqimi ostida 800-1000 gradusgacha isitiladi. Reaktsiya vaqti 3-8 soatni tashkil qiladi, shundan so'ng zaryad tabiiy ravishda taxminan 20 daraja S ga soviydi. Keyin rektorit ramkasi grafenning asosiy mahsulotini qoldirish uchun massa bo'yicha 30-50% nitrat kislota bilan chiqariladi.
Beshinchi qadam mahsulotni tozalaydi. Birlamchi mahsulot yuvish suyuqligi neytral bo'lgunga qadar gidroksidi eritma bilan yuviladi va keyin quritiladi. Chiqarilgan qatlam qalinligi 2 nm yoki undan kam boʻlgan katta-ikki oʻlchamli-grafen boʻlib, oz sonli yigʻilgan uglerod qatlamlariga teng.
| Jarayon bosqichi | Asosiy parametr | Sozlama |
|---|---|---|
| Prekursor shakllanishi | CaC2 ga sirt faol moddaning massa nisbati | 50:(3-6) |
| Prekursor shakllanishi | Harorat / aralashtirish | 60-100 daraja C / 80-120 rpm / 5-10 min |
| Shablon tayyorlash | Rektorit va katalizator massasi nisbati | 8:(0.1-0.3) |
| Shablon tayyorlash | Mikroto'lqinli pechning reytingi / vaqti | 500-600 Vt / 3-5 min |
| Interkalatsiya | Oldindan shablonga massa nisbati | 1:(3-4) |
| Interkalatsiya | Vakuum / dispersiya vaqti | 800-1000 aylanish tezligida 5-10 MPa / 10-20 min |
| O'sish reaktsiyasi | Harorat / vaqt / argon oqimi | 800-1000 daraja C / 3-8 soat / minutiga 80-100 ml |
| Tozalash | Nitrat kislota kuchi | Massa bo'yicha 30-50%, keyin neytralga yuving |
Olovli amaliyot va xom ashyoning energiya intensivligi
Sanoatda kaltsiy karbidini ishlab chiqarish uchun-elektr pechlarini qisqartirish yagona yo'ldir. Eritilgan karbid reaksiya pechining pastki qismidan qabul qiluvchi idishga oqib tushadi va keyin ezilgan va ekranlangan qattiq mahsulotga sovutiladi. Operatsiya yuqori-harorat, chang-intensiv jarayondir. 1980-yillarda bir tonna sanoat kaltsiy karbidini ishlab chiqarish uchun 10 dan 11 GJ gacha elektr energiyasi sarflangan; yopiq, katta sig'imli pechlar endi afzal ko'rilmoqda, chunki ular issiqlik yo'qotilishini kamaytiradi va uglerod oksidini{10}}yoqilg'i sifatida yoqish o'rniga yoqilg'i sifatida yoki kimyoviy xom ashyo sifatida qayta tiklanadi.
Grafen mahsuloti uchun sifat parametrlari
Uchta qabul qilish qiymati mahsulotning tijorat qiymatini nazorat qiladi: qatlam qalinligi, lateral parcha o'lchami va qoldiq noorganik tarkib. Qatlamning qalinligi 2 nm yoki undan kam bo'lganligi mikroskopiya va tegishli ikki o'lchovli material lug'ati bilan tasdiqlanishi kerak va yetkazib beruvchi sertifikatining o'zi etarli dalil emas. Qoldiq katalizator va loy qoldiqlari nitrat kislota bilan ishlov berish va neytrallash yuvish orqali nazorat qilinadi, shuning uchun kislota kuchi, ishlov berish muddati va yuvishning oxirgi nuqtasi partiya yozuvida ko'rsatilishi kerak. ISO/TS 80004-13 grafen va tegishli ikki oʻlchovli materiallarni belgilaydi va bu qiymatlar xarid spetsifikatsiyasiga kiritilganda odatda qoʻllaniladigan atamalarni taqdim etadi.
Qadoqlash, saqlash va xavfsizlik
Kaltsiy karbid quruq va suvdan uzoqda saqlanishi kerak, chunki namlik bilan aloqa qilish yonuvchi gaz bo'lgan asetilen hosil qiladi. 50 kg va 100 kg o'lchamdagi muhrlangan po'lat barabanlar odatiy eksport qadoqlari bo'lib, 50{6}}80 mm bo'lgan qo'pol bo'laklar eksport uchun afzalroqdir, chunki ular ishlov berishda kamroq mayda hosil bo'ladi. Namlikni olgan baraban yoki sumka hech qachon ventilyatsiyasiz yopiq joyda ochilmasligi kerak. Grafen tomonida quritish qadoqlashdan oldin tugallanishi kerak: yuqori{7}}sirt-hududda adsorbsiyalangan namlik uglerod kukuni qayta-aglomeratsiyaga yordam beradi va o'lchangan zarracha o'lchami taqsimotini o'zgartiradi.
Tez-tez so'raladigan savollar
Q:Grafen uglerod manbai sifatida grafitdan kaltsiy karbidining afzalligi nimada?
Javob: Uglerod magistral allaqachon reaktiv ikki-uglerod birligi sifatida mavjud, shuning uchun jarayon qo‘shimcha energiya va kapital sarflaydigan grafitni tozalash va uglevodorodni kreking bosqichlaridan qochadi.
Q:Prekursor bosqichida kaltsiy karbidining sirt faol moddasiga qanday massa nisbati qo'llaniladi?
A: 50:(3-6), yopiq aralashtirgichda 60-100 daraja C va 80-120 aylanish tezligida 5-10 daqiqa aralashtiriladi.
Q:Nima uchun mikroto'lqinli pechdan oldin rektorit etanol bilan yuviladi?
Javob: Etanol adsorbsiyalangan suvni olib tashlaydi va qoldiq namlik vakuumli interkalatsiya paytida qatlamlararo galereyalarga tortilganda uglerod kashshofi bilan raqobatlashadi.
Q:Dispers mikserda qanday vakuum darajasi va aralashtirish tezligi ishlatiladi?
Javob: 5-10 MPa vakuum bilan 800-1000 aylanish tezligi 60-80 daraja S haroratda 10-20 daqiqa davomida.
Q:Quruq reaktor ichidagi o'sish sharoitlari qanday?
Javob: 800-1000 ° C haroratda 3-8 soat davomida argon ostida daqiqada 80-100 ml, so'ngra taxminan 20 ° C gacha tabiiy sovutish.
Q:O'sishdan keyin rektorit shabloni qanday olib tashlanadi?
Javob: Massa bo'yicha 30-50% nitrat kislota bilan, undan keyin mahsulot ishqor eritmasi bilan neytral holga keltiriladi va oxirgi grafen kukunigacha quritiladi.