Электрохимический синтез низкоплотных углеродных материалов для очистки воды

В области III ход поляризационной кривой выявляет новый электродный графитового слоя с разбавлением раствора кислоты отмечается сокращение времени ИП. Это подтверждает предположения о природе реакций в ИП. Более того, появление перегибов на ПСК подтверждает более легкое совнедрение молекул воды в составе интеркалата. Наименьший подъем поршня при использовании 3,7 М HN03 обусловлен меньшей степенью заполнения графитовой матрицы, что подтверждается и результатами оценки терморасширяющихся свойств синтезированных соединений.

Вероятно, именно при потенциалах 1,6+1,7 В в исследуемом электролите становится возможной диссоциативная адсорбция воды, которая обеспечивает протекание реакции 5 и одновременно является началом процесса выделения кислорода. Последний визуально регистрируется лишь при Е>2,1 В. В интервале потенциалов 1,7-5-2,3 В высока вероятность нахождения кислорода на поверхности графита в атомарном состоянии, который может химически взаимодействовать с ПФГ или углеродом. Не исключено каталитическое влияние кислородсодержащих ПФГ и особенно атомарного водорода на процесс электрохимического интеркалирования. Их наличие на планарных сетках углерода должно приводить к деформации и частичной локализации свободных электронов углерода, то есть к фактическому увеличению положительного заряда графитовых слоев.

Согласно приведенной схеме образования терморасширяющихся соединений графита с Н3 гидролиз или совнедрение Н20 приводит к электрохимической необратимости получаемых структур внедрения, в отличие от СВГ, синтезируемых в концентрированных растворах. Выдвинутые предположения согласуются с литературными данными по системе графит.

Аналогичный комплекс исследований был выполнен для растворов HN03 с меньшим содержанием кислоты (8,0; 6,6; 3,7 М). Снижение концентрации электролита приводит к закономерному смещению порогового потенциала внедрения в положительную область, а потенциала начала выделения 02 - в отрицательную, в результате чего интервал потенциалов интеркалирования графита HN03 с последующим гидролизом сужается. В 8,0-3,0 М растворах процесс образования терморасширяющихся соединений, по нашим предположениям, осуществляется преимущественно по реакции.

Вид ПСК для исследуемых электролитов, по сравнению с 13,5 М HN3 изменяется. Кривые характеризуются появлением в начальный период синтеза дополнительной ступени тока. В целом закономерности по влиянию Q на степень терморасширения сохраняются, При избыточном сообщении Q также наблюдается увеличение дефектности графитовой матрицы, что вызывает повышение r. Снижение концентрации HN03 до 7-8 моль/л при тех же затратах Q, что и в 13 М растворах, позволяет синтезировать СВГ. При этом скорость процессов внедрения заметно возрастает и синтез можно завершить за 15-20 минут. Проведенный эксперимент показывает, что ведение анодного интеркалирования графита целесообразно осуществлять в режиме одновременного совнедрения кислоты и НО, то есть при Е, близких к потенциалу выделения молекулярного кислорода и в растворах, содержащих до 50-7-60% НО.

Согласно литературным данным, окись графита по сравнению с другими СВГ обладает наивысшей степенью терморасширения и характеризуется снижением температуры ТО. Промышленно получаемые СВГ образуют углеродные пеноструктуры при 600-900°С, их модификацией органическими соединениями, в частности уксусной кислотой, удается понизить температуру ТО до 200-300°С, При условии, что в электрохимическом синтезе терморасширяющихся СВГ с HN03 из неконцентрированных электролитов образуются переходные формы между НГ и ОГ, целесообразно, максимально насыщая получаемые соединения кислородом и НО, получать продукт с пониженной температурой ТО в одну стадию. В настоящей работе предпринята попытка электрохимического получения подобных соединений,

Экспериментально установлено, что в 13,5М HN03 образование СВГ с пониженной температурой ТО (250°С) обеспечивается длительной обработкой графита в области потенциала 1,7 В с сообщением Q до 250-300 мА/г. Обнаруженная область потенциалов совпадает с началом процессов образования кислорода на поверхности графита и совнедрения Н20 по реакции. То есть возможность получения низкотемпературных терморасширяющихся соединений графита (Н) связана с участием Н20 в поверхностных и объемных реакциях. РФА для Н, по сравнению с результатами, приведенными выше, обнаруживает единственный широкий пик при 2 и 28°. Полученные результаты свидетельствуют, что при анодной обработке графита в неконцентрированных растворах HN03 действительно образуется ряд нестехиометрических переходных форм С, которые по своим свойствам, по мере накопления Q, приближаются к свойствам О. Эксперименты, выполненные по синтезу Н, на начальном этапе носят эпизодический характер, но представляют большой научный и практический интерес.