Способ получения слоистого соединения графита с хлоридом железа (iii)

)5 ЕНИ К АВТОРСКО ДЕТЕЛ ЬСТВУ р. Получение, структуистых соединений гражелезэ, - Журнал 970, т.11, М 6, с.1039 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО(56) Новиков Ю.Н. ира и спектры ЯГР слфита с хлоридаструктурной химии,1047.(54) СПОСОБ ПОЛСОЕДИНЕНИЯ ГРАЖЕЛЕЗА (1)%10поверхности АН УССР ,Пикалов, В,А,Покров- нина, А,В.Морозов и УЧЕНИЯ СЛОИСТОГО ФИТА С ХЛОРИДОМ Изобретение относится к получению композиционных материалов. в частности соединений внедрения графита с хлоридом железа (111).Известны способы получения слоистых соединений графита (ССГ) с хлоридом железа (111), которые включают нагревание вакуумированной смеси графита с РеС 1 з в температурном диапазоне 473-673 К, а также раздельный нагрев графита и ГеС 3 в двухсекционной ампуле при 548 - 673 К в атмосфере сухого хлора,Однако при использовании первого способа получают неоднородный продукт, загрязненный непрореагировавшей солью, а использование второго осложняется применением химически агрессивного хлора, гигроскопичностью имеющегося РеС 1 з . и большим временем проведения процесса.Наиболее близким к предлагаемому яв- " ляется способ получения ССГ с ЕеС 1 з, в котором смесь графита с порошкообразным(57) Изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности соединений внедрения графита с хлоридом железа (111). Целью изобретения является повышение однородности целевого продукта и упрощение процесса. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем взаимодействие графита с продуктами реакции металлического железа и хлорирующего агента при нагревании, в качестве хлорирующего агента берут четыреххлористый углерод, металлическое железо используют з виде проволоки, которую нагревают до 8 т 0 - 950 К, Температура графита составляет 600 - 800 К. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. металлическим железом нагревают в токе хлора в течение 6 ч при 473-673 К, После этого полученный продукт отмывают 10 -15 -ной соляной кислотой до полного удаления непрореагировавшей соли, а затем дистиллированной водой, и сушат при 393 К.Недостатком этого способа является сложность и многостадийность процесса, а также неоднородность получаемого продукта. При непосредственном контакте порошка железа с графитом происходит загрязнение конечного продукта непрореагировавшими соединениями, При обработке продуктов внедрения растворителями (соляная кислота, вода) происходит вымывание хлорида из граничных областей зерен ССГ и внедрение молекул растворителя в решетку графита, что нарушает чистоту и однородность конечного продукта. Кроме того, обработка водой может приводить к частичному гидролизу внедренного хлорида железа (1) в гигроскопичном ССГ. В укаэанном температурном диапазоне происходит разрушение ССГ наряду с его образованием. Использование в качестве реагента ядовитого, химически агрессивного хлора создает дополнительные технологические трудности,Целью изобретения является повышение однородности целевого продукта и упрощение процесса,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему взаимодействие графита с продуктами реакции металлического железа и хлорирующего агента при нагревании, в качестве хлорирующего агента будет четыреххлористый углерод, металлическое железо нагревают до 850 - 950 К, а графит выдерживают при 600- 800 К.Для осуществления способа используют образцы пирографита марки ПГВ (ТУ б-711 - 77), а также спрессованныетаблетки дисперсного (чешуйчатого) графита марки ГСМ, стальную проволоку (ГОСТ 3282-74). Образцы готовят в рабочем объеме вакуумного универсального поста ВУП - 5. В рабочий объем ВУПпомещают образец графита, стальную проволоку закрепляют в токопроводящих контактах. Рабочий объем после предварительного нагрева графита в вакууме заполняют параПри нагреве током металлического железа в парах СС 14 на его поверхности происходит диссоциация СС 14 с образованиемлетучего РеС 1 з. Нагретый графитовый образец приходит в конакт с парами ГеС 1 з, Происходи образование ССГ, Исследование полученных образцов ССГ осуществляют на масс-спектрометре МС 7201 М методом масс-спектрометрии вторичных ионов. С помощью методик послойного анализа в рамках метода масс-спектрометрии вторичных ионов получены профилограммы верхних слоев образцов ССГ. Массовую долю ГеС 1 з в ССГ определяют по относительной интенсивности выхода ионов железа (56 а,е.м.) и ионов углерода (12 а.е.м.) в раэличнь,х точках профилограммы по формулеГеКРеМ-ес 131 Ге е ес 3 + 1 сгде Кге, Кс - коэффициенты относительной чувствительности;ре, 1 с - относительные интенсивности выхода соответствующих ионов;МРеСз, Мс - молекулярные веса,Мерой однородности конечного продукта служит постоянство параметра а по всей исследуемой глубине образца. Воспроизводимость результатов масс-спектрометрического анализа изучена для 5 образцов.Стандартное отклонение относительного5 содержания хлорида железа (11) в графитене превышало 5%,П р и м е р 1, Пластинку пирографита(0,5 г) предварительно вакуумируют при900 К до остаточного давления 10 ч Па.0 После охлаждения графита до 600 К реакционный объем заполняют парами СО 4.осушенного над СаО 2, и одновременно нагревают электрическим током стальнуюпроволоку до 900 К. Графитовый образец5 экспонируют в парах ГеС 1 з в течение 1 ч,Затем рабочий объем ВУПоткачиваютдо остаточного давления 10 Па, охлаждают образец до комнатной температуры иповышают давление до атмосферного.0 П р и м е р ы 2-5, Осуществляют аналогично примеру 1, однако изменяют температуру графита. Если температура графита нижепредлагаемого интервала (пример 4), ССГ содержит переменное количество ГеС 1 з по глу 5 бине образца. Если температура графитавыше предлагаемого интервала, снижаетсясодержание ЕеС 3 в конечном продукте.П р и м е р ы 6-9. Осуществляют аналогично п римеру 1, однако изменяют емпераО туру металлического железа, а температураграфита равна 700 К, Если температура металлического железа выше предлагаемогоинтервала (пример 8), то свойства ССГ не5 улучшаются по сравнению с примером 7 (Т 950 К). Следовательно, применение температуры выше 950 К нерационально, так какдополнительные энергетические затраты нанагревание железа не улучшают свойстваО конечного продукта. При температуре нижепредлагаемого интервала (пример 9) резкоснижается содержание ЕеС 1 з в ССГ,П р и м е р 10. Осуществляют аналогичнопримеру 1, но вместо пластинки пирографита5 используют таблетку графита марки ГСМ(0,5 г).П р и м е р 11. Осуществляют аналогич. но примеру 2, но вместо пластинки пирографита используют таблетку графита ГСМ - 10 (0,5 г), Достижение цели в этом случае показывает несущественность формы графита(пирографит или дисперсный графит).П р и м е р ы 12 - 14. Получение ССГ с1=еС 1 з по прототипу, Для этого смесь 1 г5 графита марки ГСМ - 1 и 3 г порошка железа марки ч. помещают в трубчатую печь инагревают в токе хлора в течение 6 ч,Затем охлаждают, отмывают 100-ной соляной кислотой для удаления непрореагировавших железа и соли, промываютводой, после чего сушат при 393 К.1719307 Таблица 1 Тем- пература графита, К Темпе- ратура металичес кого железа. К Относительное содержание рлорида железа (1 И) в ССГ, в, ; нагл бине об азца, мкм. Пример Примечание 0,3 0,6 0,9 1,2 900 900 900 900 900 600 700 800 580 850 53 76 50 41 г 8 ССГ однородно То же Н ССГ неоднородно Низкое содержание РеОз ССГ однородно То же55 75 50 24 17 54 74 50 35 17 52 77 51 30 18 55 73 49 39 18 65 79 79 12 850 950 1000 800 700 700 700 700 65 79 80 12 64 78 19 11 66 78 78 11 63 80 80 12 Низкое содержание РеОз ССГ однородно То же ССГ неоднородно То же Ф10 11 12 (прототип) 13 (прототип) 14 и ототип 50 71 48 55 34 53 10 72 58 66 53 74 ЗЗ 67 52 600 700 473 600 673 900 900 473 600 673 51 72 54 72 51 50 74 69 63 59 В табл.1 приведены данные по влияниютемпературы графита и железа иа однородность ССГ,Для определения влияния времени нагрева образцы графита выдерживают при 5700 К (температура металлического железа900 К) в течение 20, 40, 60, 80 и 100 мин.После этого в каждом образце определяютпараметр в на различной глубине, как описано выше. 10Результаты масс-спектрометрическогоанализа представлены в табл,2,Как видно из табл,2, продолжительность нагрева влияет на относительное содержание хлорида железа 1 И) в образце, а 15однородность при этом практически не изменяется, При нагревании в течение более.1 ч относительное содержание хлорида железа (И 1) практически не увеличивается,Непрореагировавшие соединения в целевых продуктах отсутствуют как для известного, так и предлагаемого способов,Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить однородное слоистое соединение графита с высоким содержанием хлорида железа (1 И), Способ не требует сложного аппаратурного оформления, существенно сокращает время проведения процесса,Формула изобретения 1, Способ получения слоистого соединения графита с рлоридом железа(1 И), включающий взаимодействие графита с продуктом реакции рлорирующего агента и металлического железа при нагревании, о т л и ч а ющ и й с я тем, что. с целью повышения однородности целевого продукта и упрощения процесса, в качестве хлорирующего агента берут четыреррлористый углерод. а металлическое железо используют в виде проволоки, которую нагревают до 850-950 К.2. Способ по п 1, отл и ч а ю щ ийс я тем, что температура графита во время взаимодействия составляет 600 - 800 К,1719307 Таблица 2 П р и м е ч а н и е Температура графика 700 К, э железо -900 К. Составитель Г.УстюжанинаТехред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая Редактор Т.Лазоренко Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 735 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5