Способ получения оксида графита

Способ получения оксида графита

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способам получения оксида графита состава C4OxH(j (х - 2,00 - 1,85; у 1,00- 0,90), который может использоваться для получения адсорбентов и катализаторов в органическом синтезе. Целью изобретения является улучшение качества продукта, сокращение времени и повышение безопасности способа. Цель достигается путем окисления природного графита смесью нитрата натрия и перманганата калия в концентрированной серной кислоте с последующей отмывкой целевого продукта сначала водой до рН 1, а затем 2-бутанолом, который берут в количестве 800- 1000 мае.ч. на 1 мае.ч. исходного графита, и сушкой продукта. Способ по сравнению с прототипом позволяет получить оксид графита, свободный от примеси марганца, на 30% сокращается продолжительность способа, в 4,0- 4,5 раза снижается расход спирта. Кроме того, замена метанола и этанола на 2-бутанол позволяет повысить безопасность способа. 1 табл. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Sl)S С 01 В 31/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

При интенсивном перемешивании на ледяной бане,к смеси добавляют 5 г

NaN0 с такой скоростью, чтобы не было перегрева. Затем к суспензии также при интенсивном перемешивании и охлаждении небольшими порциями добавляют 30 r KMn04, не допуская пе.регрева выше 20 C. По окончании бурной реакции ледяную баню убирают, а стакан со смесью ставят в термостат при 35 «+ 3 С и выдерживают в течение

30 мин. По мере прохождения реакции смесь постепенно мутнеет с уменьшением газовыделения. Затем к полученной

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4686831/26 (22) 12 ° 04. 89 (46) 23. 03. 91. Бюл. 1Ф 11. (71) Институт химии Дальневосточного отделения АН СССР (72) В.И.Салдин и А.К.Цветников (53) 661.666.2(088.8) (56) Nakajima Т., Mabuchi А., Hagi—

wara R. А new structure model of

graphite oxide. Carbon, 1988, v. 26, У 3, р. 357-361. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ГРАФИТА (57) Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способам получения оксида графита состава . С О Н (х = 2,00 — 1,85; у = 1,000,90), который может использоваться для получения адсорбентов и катализаторов в органическом. синтезе. Целью

Из обре тение атно сится к неор ганиче ской химии, в частно сти к с по со бам получения оксида графита состава

- С40 НЧ. (х = 2,00 — 1,85 у = 1,000,90), который может использоваться для получения адсорбентов и катализаторов в органическом синтезе.

Целью изобретения является улучшение качества продукта, сокращение времени и повышение безопасности способа.

Пример 1. 10 г природного графита взмучивают в 230 мл концентрированной (987.-ной) серной кислоты.

H„SU„„1636333 А 1

2 изобретения является улучшение качества продукта, сокращение времени и повышение безопасности способа. Цель достигается путем окисления природного графита смесью нитрата натрия и перманганата калия в концентрированной серной кислоте с последующей отмывкой целевого продукта сначала водой до рН 1, а затем 2-бутанолом, который берут в количестве 8001000 мас.ч. на 1 мас,ч. исходного графита, и сушкой продукта. Способ по сравнению с прототипом позволяет получить оксид графита, свободный от примеси марганца, на ЗОХ сокращается продолжительность способа, в 4,04,5 раза снижается расход спирта.

Кроме того, замена метанола и этанола на 2-бутанол позволяет повысить безопасность способа. 1 табл.

1636333 пастообразной массе. коричнево-серого цвета добавляют 500 мл воды, что вызывает бурную реакцию и подъем температуры до 98ОС. Выдерживают эту суспензию прп 98 С в течение 15-20 мин, о °

5 фильтруют, осадок переносят в стеклянную колонку объемом 16 л (диаметр й, 15 и, высота 0, 9 м) и добавляют ту;го 0 л воды. После отстаивания в те- 10 чепце 3 ч раствор декантируют. Операцию отмьвкп повторяют 5 раз, увеличивая каждый раз время отстаивания и замеряя pN раствора с использованием рН-метра ОР-211. По мере отмывки оксида графита от солей и кислот (избыток окислителей NaN0, КМп04., побочные продукты Na

5-кратной обработки водой оксид графита оседает за 24 ч. При этом водный гель оксида графита занимает объем

2,5 л. Раствор декантируют а водный гель цептрифугируют. Полученную пасту 25 оксида j:рафита обрабатывают 10 л 2бутанола, что составляет 800 мас.ч. спирта на 1 мас.ч. исходного графита, взмучивают и дают отстояться. В результате коагуляции образуется хорошо осаждающийся хлопьевидный осадок светло-желто-коричневого цвета., объем которого в 4 — 5 раз меньше, чем до обработки 2-бутанолом. Раствор декантируют, а оставшийся осадок оксида графита подвергают центрифугираванию при 5000 об/мин .в течение

0,5 ч. Влажный осадок массой 300 r переносят в отгонную колбу емкостью

0,5 л и отгоняют при 50.-70 С под ва40 куумом до постоянной массы. Получают

16,2 r сыпучего хлопьевидного светлокоричневого оксида графита, что соответствует выходу 99,57..

По данным ИК-спектрального анали45 за полученный оксид графита не содержит 2-бутанола. Такой оксид графита не требует измельчения, легко образует гели с водой и со смесями вода— спирт (этанол, н- и изо-пропанол, трет-бутанол), что имеет важное зна,чение при его использовании в качестве исходного реагента, адсорбента или катализатора в органическом синтезе.

Измерение рН водного геля оксида графита свHpетельствует об отсутствии

55 кислот. Это говорит о высокой чистоте оксида графита. 2-Бутанол со стадии отмывки и сушки подвергают обезвоживанию одним из известных способов и далее отгоняют с последующим возвращением в технологический цикл.

Найдено, мас.Х: С 60,53; Н 1,17;

О 38,30, что соответствует составу

С,О,,„H <,д .

Пример 2. Оксид графита получают из 10 r природного графита как описано в примере 1. Для окончательной отмывки оксида графита и его выделения из водного геля берут 12,5 л

2-бутанола, что соответствует

1000 мас.ч. спирта «а 1 мас.ч. исходного графита. Получают оксид графита, не содержащий примеси кислот.

Масса полученного оксида графита составляет 16,1 r, что соответствует выходу 98,77..

Найдено, мас. : С 59,86; Н 1,20;

О 38, 94, что соответствует составу

С404 96 Н0,99

Пример 3. Оксид графита .получают из 10 г природного графита как описано в примере 1. Для окончательной отмывки оксида графита и его выделения из водного геля берут 9,5 л

2-бутанола, что составляет 750 мас.ч. спирта на 1 мас.ч. исходного графита °

Полученный оксид графита содержит примесь кислот. Масса полученного продукта составляет 16,2 г что соответствует выходу 99,5Х.

Пример 4. Оксид графита получают химическим окислением 10 г природного графита как.описано в примере 1. Осадок оксида графита обрабатывают 10 л н-бутанола. Образуется два несмешивающихся и невзаимодействующих слоя: верхний — спиртовой и нижний — оксид графита.

П р и и е р 5. Оксид графита получают из 10 r природного графита как описано в примере 1. Осадок оксида графита отмывают от избытка окислителей, побочных продуктов и кислот водой.

Результаты отмывки оксида графита водой представлены в таблице.

После 10-кратной обработки полу- чают водный гель оксида графита, отмытого от кислот и марганца. Жидкую фазу декантируют, а гель размазывают слоем 0,5 — 1,0 см на стеклянных пластинах и высушивают в вентиляционном сушильном шкафу при 50-70 С о

2-сут. Получают оксид графита в виде коричневой пленки, которая содержит еще достаточно много воды. Ее гель.

Отмывка оксида водой до рН=1 обеспечивает достаточно легкое разделение осадка оксида графита и жидкой фазы.

При отмыв ке о кс ида графита водой до рН(1 при последующей обработке 2-бутанолом даже при расходе бутанола больше 1000 мас.ч. на 1 мас.ч. исходного графита полученный продукт содержит значительное количество серной кислоты. При отмывке оксида графита. до рН ) 1 ухудшаются условия разделения осадка и жидкой фазы и время отстаивания раствора значительно увеличивается.

Выбор в качестве спирта для промывки 2-бутанола объясняется следующиме

При обработке водного геля оксида графита спиртами, неограниченно смешивающимися с водой (например, этанол, н- и изо-пропанол, трет-бутанол) образуются однородные устойчивые и неоседающие, плохо фильтруемые и центрифугируемые гели. При использовании плохо смешивающихся с водой высших спиртов, содержащих 5 и более атомов углерода, наблюдают два невзаимодействующих и несмешивающихся слоя: верхний — спиртовый и нижний—

5 163633 перемалывают в дисковой мельнице и сушат в эксикаторе над P О 6-при 5070 С под вакуумом до постоянной маса сы. Полученный оксид графита прн растворении в воде медленно набухает и лишь после длительного стояния образует гель; При растворении в смесях вода — спирт (этанол, н- и изопропанол трет-бутанол) гель практи10 чески не образуется. В результате этого получают 16,0 г оксида графита, что соответствует выходу 98,27.

Найдено, мас.7.: С 60,62; H 1,23;

О 1,89, что соответствует составу

С401,89 Нцэв

Пример 6 (по известному способу) . Оксид графита получают химическим окислением 10 г природного графита как описано в примере 1. Осадок 20 оксида графита отмывают от избытка окислителей, побочных продуктов и кислот этанолом. Для этого осадок заливают 2 л этанола и перемешивают. Основная часть осадка золотисто-корич- 25 невые чешуйки быстро оседают. Но .для полного осветления жидкой фазы, которое не наступает и за 5 ч, необходимо центрифугирование. С каждой стадией отмывки отстаивание раствора затрудняется, как и в случае отмывки водой, требует все большего времени.

После 20-кратной отмывки. оксид графита содержит 1,5Х Мв.

Пример 7. Оксид графита получают химическим окислением 10 г при35 родного графита как описано в примере 1. Для отмывки оксида графита от примесей из бытка окислителей, побочных продуктов и кислот осадок

5 раз обрабатывают водой до рН 1 как описано в примере 1. Осадок центрифугируют и заливают 10 л этанола.

При этом образуется устойчивый оседающий гель, который плохо фильтруется 45 и центрифугируется. При сушке этого геля оксид графита образует ксерогель.

В примерах 1 и 2 получение оксида графита проводят при предлагаемых . условиях, при этом расход спирта в интервале от 800 до 1000 мас.ч. на

1 мас.ч. исходного графита дает чистый оксид графита. Дальнейшее увеличение расхода спирта нецелесообразно, так как повышает себестоимость продукта, В примере 3 показано, что уменьшение расхода спирта ниже оптимального приводит к неполной отмывке оксида графита от примесей. Пример 4

3 6 иллюстрирует непригодность н-бутилоI вого спирта из- за его несмешиваемости с фазой. водного геля оксида графита. В известном примере показано насколько удлиняется процесс получения оксида графита при применении для окончательной отмывки воды (как за счет стадии отмывки, так и за счет стадии сушки). Для более полного удаления воды необходима дополнительная операция размалывания оксида графита.

Пример 6 подтверждает большой расход этанола и большую длительность отмывки по сравнению с заявленным способом.

Кроме того, даже в этом случае не удается до конца отмыть 1!лО из-за и его практически полной нерастворимости в этиловом спирте. Более эффективно И s вымывает ся из оксида графита водой в кислой среде. Пример 7 показывает, что при действии на оксид графита, предварительно отмытый от марганца и кислот до рН 1, этанолом не наблюдается тот положительный эффект, который присущ только 2-бутанолу. В водно-этанольном растворе оксид графита образует устойчивый, плохо оседающий и трудно центрифугирующий

1636333 8

Способ получения оксида графита окислением природного графита смесью нитрата натрия и перманганата калия в концентрированной серной кислоте с последующей отмывкой целевого продукта сначала водой, затем спиртом и сушкой продукта, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества продукта, сокращения времени и повышения безопасности способа, отмывку водой до рН 1, а.в качестве спирта используют 2-бутанол, который берут в количестве 800-1000 мас.ч, на 1 мас.ч. исходного графита.

Объем рН растосад- вора ка, л

Реакция на Nn

Время отстаРасход воды, л

Стадия ивания, ч

1 10

2 10

3 10

4 10

5 10

6 10

7 10

8 10

9 10

10 10 0,20

0,60

0,75

0,88

1,01

1,51

2,80

3 50

4,50

5;80

0,6

0,9

1,3

1,8

2,5

3,3

4,0

4,8

5 0

5,1

6

24

36

67

360

Составитель Н. Кузнецова

Редактор H.Ãoãóëè÷ Техред JI Сердюкова- Корректор М.Шароши

Заказ 791 Тираж 301 Подписное

BHHItIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям .при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно"издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 водный гель оксида .графита, непод

Ь нергшийси никаким изменениям. Группа бутиловых, спиртов (ti- изо- и 2-бутанол) по своей смешиваемости с водой

5 обладает близкими свойствами. Однако при обработке водного геля оксида графита 2-бутанолом происходит вза-. имодействие между ниии. При этом вод- ный гель резко уменьшается в объеме, обезвоживается и коагулирует с образованием хлопьевидного осадка светло.-."..елто-коричневатоro цвета, который легко фильтруется и центрифугируется.

11ри обработке же водного геля оксида графита и-. и :;зо.-бутанолом наблюдаетя два несмешивающихся слоя, что свидет -льствует о невозможности их использования для выделения целевого продукта из водного геля.

Предпагаемый способ по сравнению с изве тным снижает расход спирта, идущего на отмывку и выделение оксида графита (по предлагаемому способу расход .2-бутанола составляет 800- 25

1000 мас,ч. на 1 мас.ч. исходного графита„ по известному способу для полой отмывки оксида графита от кислот требуется 3200 мас,ч, этанола на

1 мас.ч. исходного графита, т.е. в 30

4,0-4," раза больше), сокращает длительность процесса отмывки и выделение оксида графита (полную отмывку и выделение оксида графита затрачивают

68 ч по сравнению со 100 ч по известному способу), а также позволяет отказаться от использования метанола и этанола, которые по своей летучести, растворимости в воде и маслах, являются более опасными для здоровья людей и окружающей среды, чем 2-бутанол, что упрощает способ.

Кроме того, по предлагаемому спо-, собу оксид графита получают более чистым по примеси марганца, чем оксид графита, полученный по известному способу (1,5 мас.7 Ntt).

Формула изобретения