PL222580B1 - Sposób wytwarzania interkalacyjnego związku grafitu zawierającego w matrycy grafitowej tlenek chromu (VI) - Google Patents
Sposób wytwarzania interkalacyjnego związku grafitu zawierającego w matrycy grafitowej tlenek chromu (VI)Info
- Publication number
- PL222580B1 PL222580B1 PL397791A PL39779112A PL222580B1 PL 222580 B1 PL222580 B1 PL 222580B1 PL 397791 A PL397791 A PL 397791A PL 39779112 A PL39779112 A PL 39779112A PL 222580 B1 PL222580 B1 PL 222580B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- graphite
- intercalation
- cro
- matrix
- compound
- Prior art date
Links
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 title claims description 45
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 title claims description 43
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims description 38
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims description 38
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 37
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims description 20
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims description 10
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 3
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 title 1
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N chromium(6+) Chemical compound [Cr+6] JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- -1 graphite compound Chemical class 0.000 description 4
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000007848 Bronsted acid Substances 0.000 description 1
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 229940117975 chromium trioxide Drugs 0.000 description 1
- UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[Cr+3] UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GAMDZJFZMJECOS-UHFFFAOYSA-N chromium(6+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+6] GAMDZJFZMJECOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
(21) Numer zgłoszenia: 397791 C01B 31/04 (2006.01)
B32B 9/04 (2006.01)
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 13.01.2012
Sposób wytwarzania interkalacyjnego związku grafitu zawierającego w matrycy grafitowej tlenek chromu (VI)
| (43) Zgłoszenie ogłoszono: 22.07.2013 BUP 15/13 | (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL |
| (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2016 WUP 08/16 | (72) Twórca(y) wynalazku: JAN URBANIAK, Koziegłowy, PL |
PL 222 580 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania interkalacyjnego związku grafitu z tlenkiem chromu (VI), który to związek po dalszej termicznej oraz chemicznej modyfikacji, może być wykorz ystany jako materiał katodowy do niskotemperaturowych ogniw paliwowych.
Związki interkalacyjne są to związki, które składają się z dwóch głównych elementów: matrycy o budowie warstwowej oraz wprowadzonego do wnętrza matrycy interkalatu (jonów lub cząsteczek). Proces wprowadzania jonów (cząsteczek) do wnętrza matrycy określany jest jako proces interkalacji. W przypadku, gdy do otrzymania związku interkalacyjnego zostanie wykorzystana matryca grafit, otrzymany związek określany jest jako interkalacyjny związek grafitu (IZG). Do metod pozwalających scharakteryzować strukturę wytworzonego IZG należy dyfrakcyjna analiza rentgenowska (XRD). Na podstawie dyfraktogramu można scharakteryzować powstały IZG poprzez określenie jego stadium interkalacji „n. Stadium interkalacji IZG jest to liczba warstw grafenowych znajdujących się między dwiema sąsiednimi warstwami interkalatu. Interkalacyjne związki grafitu znalazły szereg zastosowań m. in. do otrzymywania materiałów elektrodowych, materiałów o właściwościach katalitycznych czy też do otrzymywania ekspandowanego grafitu.
Spośród pierwiastków, jak też związków chemicznych wykorzystywanych jako interkalaty w procesie interkalacji grafitu wymienić można: metale alkaliczne (np. Li, K, Rb, Cs), chlorki metali (np. CuCI2, ZnCl2, FeCI3), tlenki metali (np. CrO3-IZG, CrO2CI2-IZG, MoO3-IZG) czy kwasy Bronsteda (np. HNO3, HCIO4, H2SO4). Do tej pory nieliczne IZG z tlenkiem metalu udało się uzyskać w wyniku bezpośredniej syntezy tlenku metalu z grafitem. Powodzeniem zakończyły się próby interkalacji takich tlenków jak: MoO3, Re2O7, CrO2CI2 oraz CrO3. W roku 1956 Croft zaproponował tzw. suchą metodę interkalacji CrO3 polegającą na ogrzewaniu w temperaturze około 200°C grafitu ze stopionym CrO3. W celu usunięcia nieprzereagowanego CrO3 oraz niezainterkalowanych niższych tlenków chromu produkt reakcji musi zostać dopłukany rozcieńczonym HCI oraz wodą. Platzer i de la Martiniere w 1961 roku opisały tzw. metodę rozpuszczalnikową, polegającą na ogrzewaniu grafitu zanurzonego w roztworze CrO3/CH3COOH. W zależności od warunków, w jakich był przeprowadzony eksperyment, tzn. temperatury syntezy, czasu ogrzewania mieszaniny reakcyjnej oraz rodzaju użytego grafitu, można uzyskać IZG charakteryzujący się różnym stadium interkalacji oraz różną zawartością interkalatu. Badania procesu interkalacji CrO3 w grafit wykazały, że w trakcie procesu interkalacji kation Cr6+ w trójtlenku chromu ulega częściowej redukcji dając jony Cr (CrO3-). Podczas interkalacji w mieszaninie CrO3/CH3COOH, CrO3 solwatowany jest cząsteczkami kwasu octowego. Należy zauważyć, że w metodzie rozpuszczalnikowej głębokość penetracji CrO3 w głąb łuski grafitu jest ograniczona do około 30 μm. W przypadku użycia dużych łusek grafitu uzyskuje się przeważnie układ CrO3-IZG/grafit składający się z domen CrO3-IZG przy krawędziach grafitu, podczas gdy rdzeń łuski zawiera fazę czystego grafitu. Produkt reakcji wykazuje wtedy tzw. efekt popielniczki (ash - tray effect).
Kolejną metodą często stosowaną do otrzymania IZG z CrO3 jest metoda interkalacji polegająca na zmieszaniu CrO3 i grafitu w stężonym roztworze HCI. Proces jest prowadzony w temperaturze pokojowej. Właściwości uzyskanego IZG zależą od molarności użytego HCI, od stosunku HCI : CrCO3 : grafitu w mieszaninie reakcyjnej jak i od czasu prowadzenia reakcji. Dużą zaletą tej metody jest możliwość prowadzenia interkalacji w grafit o średnicy łusek od 10-400 μm. Przy wykorzystaniu tej metody można uzyskać IZG charakteryzujący się stadium interkalacji n=2. Wadą tej metody jest długi czas trwania syntezy wynoszący 15 dób.
Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania interkalacyjnego związku grafitu zawierającego w matrycy grafitowej tlenek chromu (VI), który polega na tym, że proces interkalacji CrO3 w grafit naturalny o wielkości łusek 60-380 μm przy użyciu mieszaniny reakcyjnej grafit/CrO3/12 M HCI prowadzi się w temperaturze 40-80°C, korzystnie 60°C, przez 1-6 godzin, korzystnie 2 h, następnie po procesie interkalacji otrzymany związek płucze się i suszy w temperaturze do temperatury 50°C.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:
• uzyskano interkalacyjny związek grafitu zawierający w matrycy grafitowej tlenek chromu (VI), • uzyskano IZG charakteryzujący się stadium interkalacji n = 2, • znacznie skrócono czas otrzymywania interkalacyjnego związku grafitu z tlenkiem chromu (VI), • poprzez odpowiedni dobór temperatury w trakcie procesu interkalacji można kontrolować stadium interkalacji powstającego IZG.
PL 222 580 B1
W przypadku, gdy proces interkalacji CrO3 w grafit naturalny prowadzany przy użyciu mieszaniny reakcyjnej grafit/CrO3/12 M HCI przeprowadzony zostanie w podwyższonej temperaturze, proces interkalacji ulega znacznemu przyspieszeniu. Okazało się, że już po 1 godzinie trwania syntezy przy zastosowaniu temperatury z zakresu 60-80°C otrzymano IZG charakteryzujący się stadium interkalacji n>3. IZG o najniższym (dla tego typu związku) stadium interkalacji (n=2) otrzymano wydłużając czas syntezy do 2 godzin, podczas gdy w przypadku syntezy przeprowadzanej w temperaturze pokojowej, aby uzyskać IZG o stadium interkalacji n=2. Zastosowanie temperatury z zakresu temperaturowego 40-60°C oraz czasu 2h pozwala na otrzymanie IZG o stadium interkalacji n=3. Stwierdzono także, że wydłużanie czasu syntezy powyżej 6 h wpływa niekorzystnie na proces syntezy IZG, uzysk uje się związek o wyższym stadium interkalacji (niższej zawartości interkalatu w matrycy grafitowej).
Sposób wytwarzania interklacyjnego związku grafitu zawierającego tlenek chromu (VI) został bliżej objaśniony na poniższych przykładach:
P r z y k ł a d 1
Do kolbki stożkowej zawierającej 1,5 g grafitu naturalnego o średniej wielkości łusek 60 μm wprowadzono kolejno 10 ml 12 M HCI oraz 12 g CrO3. Kolbkę następnie zamknięto przy użyciu chłodnicy zwrotnej oraz umieszczono w łaźni olejowej o temperaturze 40°C. Syntezę prowadzono przez 2 godziny. Po procesie interkalacji otrzymany interkalacyjny związek grafitu płukano wodą destylowaną oraz wysuszono w temperaturze 50°C.
P r z y k ł a d 2
Do kolbki stożkowej zawierającej 1,5 g grafitu naturalnego o średniej wielkości łusek 180 μm wprowadzono kolejno 10 ml 12 M HCI oraz 12 g CrO3. Kolbkę następnie zamknięto przy użyciu chłodnicy zwrotnej oraz umieszczono w łaźni olejowej o temperaturze 60°C. Syntezę prowadzono przez 2 godziny. Po procesie interkalacji otrzymany interkalacyjny związek grafitu płukano wodą destylowaną oraz wysuszono w temperaturze 50°C.
P r z y k ł a d 3
Do kolbki stożkowej zawierającej 1,5 g grafitu naturalnego o średniej wielkości łusek 260 μm wprowadzono kolejno 10 ml 12 M HCI oraz 12 g CrO3. Kolbkę następnie zamknięto przy użyciu chłodnicy zwrotnej oraz umieszczono w łaźni olejowej o temperaturze 80°C. Synteza prowadzona była przez 1 godzinę. Po procesie interkalacji otrzymany interkalacyjny związek grafitu płukano wodą destylowaną oraz wysuszono w temperaturze 50°C.
P r z y k ł a d 4
Do kolbki stożkowej zawierającej 1,5 g grafitu naturalnego o średniej wielkości łusek 380 μm wprowadzono kolejno 10 ml 12 M HCI oraz 24 g CrO3. Kolbkę następnie zamknięto przy użyciu chłodnicy zwrotnej oraz umieszczono w łaźni olejowej o temperaturze 60°C. Syntezę prowadzono przez 2 godziny. Po procesie interkalacji otrzymany interkalacyjny związek grafitu płukano wodą destylowaną oraz wysuszono w temperaturze 50°C.
Claims (1)
- Zastrzeżenie patentoweSposób wytwarzania interkalacyjnego związku grafitu zawierającego w matrycy grafitowej tlenek chromu (VI), znamienny tym, że proces interkalacji CrO3 w grafit naturalny o wielkości łusek 60-380 μm przy użyciu mieszaniny reakcyjnej grafit/CrO3/12 M HCI prowadzi się w temperaturze 40-80°C, korzystnie 60°C, przez 1-6 godzin, korzystnie 2 h, następnie po procesie interkalacji otrzymany związek płucze się i suszy w temperaturze do temperatury 50°C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL397791A PL222580B1 (pl) | 2012-01-13 | 2012-01-13 | Sposób wytwarzania interkalacyjnego związku grafitu zawierającego w matrycy grafitowej tlenek chromu (VI) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL397791A PL222580B1 (pl) | 2012-01-13 | 2012-01-13 | Sposób wytwarzania interkalacyjnego związku grafitu zawierającego w matrycy grafitowej tlenek chromu (VI) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL397791A1 PL397791A1 (pl) | 2013-07-22 |
| PL222580B1 true PL222580B1 (pl) | 2016-08-31 |
Family
ID=48877634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL397791A PL222580B1 (pl) | 2012-01-13 | 2012-01-13 | Sposób wytwarzania interkalacyjnego związku grafitu zawierającego w matrycy grafitowej tlenek chromu (VI) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL222580B1 (pl) |
-
2012
- 2012-01-13 PL PL397791A patent/PL222580B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL397791A1 (pl) | 2013-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Anayee et al. | Kinetics of Ti3AlC2 etching for Ti3C2T x MXene synthesis | |
| Verger et al. | Effect of cationic exchange on the hydration and swelling behavior of Ti3C2T z MXenes | |
| Liu et al. | In situ synthesis of MXene with tunable morphology by electrochemical etching of MAX phase prepared in molten salt | |
| Zhang et al. | First demonstration of possible two-dimensional MBene CrB derived from MAB phase Cr2AlB2 | |
| Zhang et al. | Insights into the use of metal–organic framework as high-performance anticorrosion coatings | |
| Azimi et al. | Mechanism and kinetics of gypsum–anhydrite transformation in aqueous electrolyte solutions | |
| Boonchom et al. | Thermodynamics and kinetics of the dehydration reaction of FePO4· 2H2O | |
| Hou et al. | Effect of Mg2+ on hydrothermal formation of α-CaSO4· 0.5 H2O whiskers with high aspect ratios | |
| Chen et al. | Lithium enrichment of high Mg/Li ratio brine by precipitation of magnesium via combined CO2 mineralization and solvent extraction | |
| Xu et al. | Facile preparation of graphene nanosheets by pyrolysis of coal-tar pitch with the presence of aluminum | |
| Liu et al. | Hydrothermally prepared layered double hydroxide coatings for corrosion protection of Mg alloys–a critical review | |
| Mendoza-Sánchez et al. | Systematic study of the multiple variables involved in V2AlC acid-based etching processes, a key step in MXene synthesis | |
| Aghazadeh et al. | Preparation of Mn5O8 and Mn3O4 nano-rods through cathodic electrochemical deposition-heat treatment (CED-HT) | |
| CN104495825B (zh) | 一种多孔纳米石墨的制备方法 | |
| Azimi et al. | Thermodynamic modeling and experimental measurement of calcium sulfate in complex aqueous solutions | |
| CN104401980B (zh) | Fe2O3-SnO2/石墨烯三元复合纳米材料的水热制备方法 | |
| CN101624213A (zh) | 二氧化锰空心球的制备方法 | |
| Xu et al. | A general and scalable formulation of pure CaAl-layered double hydroxide via an organic/water solution route | |
| Kumar et al. | Morphology-controlled synthesis of 3D flower-like NiWO4 microstructure via surfactant-free wet chemical method | |
| Bell et al. | High yield manufacturing of γ-Al2O3 Nanorods | |
| Yang et al. | Enhancement on fireproof performance of construction coatings using calcium sulfate whiskers prepared from wastewater | |
| Wang et al. | Construction of three-dimensional nanocube-on-sheet arrays electrode derived from Prussian blue analogue with high electrochemical performance | |
| Chen et al. | Scalable production of intrinsic WX2 (X= S, Se, Te) quantum sheets for efficient hydrogen evolution electrocatalysis | |
| Tagusagawa et al. | Evaluation of strong acid properties of layered HNbMoO6 and catalytic activity for Friedel–Crafts alkylation | |
| Weng et al. | Electrochemical reduction and recovery of trace gold (I) from environmentally friendly thiosulfate leaching solutions using carbon electrodes |