Синтез та фізико-хімічні властивості високочистого терморозширеного графіту
The purpose of the work is to establish the possibility of obtaining expanded graphite of high purity (carbon content more than 99.5 % wt.) from flotation-enriched graphite (carbon content 94–97 % wt.) by combining into one process intercalation of graphite with a solution of potassium dichromate in...
Saved in:
| Date: | 2024 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/736 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| id |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-736 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-06-19T09:41:33Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
спучений графіт інтеркаляційні сполуки графіту термогравіметрія рентгенівська дифракція метод функціоналу густини кластерне наближення |
| spellingShingle |
спучений графіт інтеркаляційні сполуки графіту термогравіметрія рентгенівська дифракція метод функціоналу густини кластерне наближення Hrebelna, Yu. V. Demianenko, E. M. Terets, M. I. Lobanov, V. V. Zhuravskyi, S. V. Ignatenko, O. M. Ivanenko, K. O. Gornikov, Yu. I. Kartel, M. T. Sementsov, Yu. I. Синтез та фізико-хімічні властивості високочистого терморозширеного графіту |
| topic_facet |
expanded graphite graphite intercalation compounds thermogravimetry X-ray diffraction density functional theory method cluster approximation спучений графіт інтеркаляційні сполуки графіту термогравіметрія рентгенівська дифракція метод функціоналу густини кластерне наближення |
| format |
Article |
| author |
Hrebelna, Yu. V. Demianenko, E. M. Terets, M. I. Lobanov, V. V. Zhuravskyi, S. V. Ignatenko, O. M. Ivanenko, K. O. Gornikov, Yu. I. Kartel, M. T. Sementsov, Yu. I. |
| author_facet |
Hrebelna, Yu. V. Demianenko, E. M. Terets, M. I. Lobanov, V. V. Zhuravskyi, S. V. Ignatenko, O. M. Ivanenko, K. O. Gornikov, Yu. I. Kartel, M. T. Sementsov, Yu. I. |
| author_sort |
Hrebelna, Yu. V. |
| title |
Синтез та фізико-хімічні властивості високочистого терморозширеного графіту |
| title_short |
Синтез та фізико-хімічні властивості високочистого терморозширеного графіту |
| title_full |
Синтез та фізико-хімічні властивості високочистого терморозширеного графіту |
| title_fullStr |
Синтез та фізико-хімічні властивості високочистого терморозширеного графіту |
| title_full_unstemmed |
Синтез та фізико-хімічні властивості високочистого терморозширеного графіту |
| title_sort |
синтез та фізико-хімічні властивості високочистого терморозширеного графіту |
| title_alt |
Synthesis and physico-chemical properties of high-quality expanded graphite |
| description |
The purpose of the work is to establish the possibility of obtaining expanded graphite of high purity (carbon content more than 99.5 % wt.) from flotation-enriched graphite (carbon content 94–97 % wt.) by combining into one process intercalation of graphite with a solution of potassium dichromate in concentrated sulfuric acid with subsequent hydrolysis, and chemical purification using solutions of ammonium bifluoride in sulfuric or hydrochloric acid and Trilon B in an alkaline buffer as purification reagents, and to confirm this possibility by quantum chemical calculations. It has been experimentally shown that combining oxidized graphite synthesis and its chemical purification into one process allows obtaining expanded graphite of high purity, with a carbon content of 99.75–99.85 % wt. The methods of X-ray diffraction and thermogravimetry show that the interaction of oxidized graphite (the residual compound of intercalation of graphite with sulfuric acid) with cleaning reagents does not reduce the ability to expand. The magnitude of the mass loss of oxidized graphite according to various variants of chemical post-cleaning and the temperature range of such loss remain practically unchanged.Quantum chemical calculations of the adsorption energy (?Eads) of one molecule of Trilon B on the surface of a graphene-like plane (GLP), the complexation reaction of metal sulfates, the energy effect of the interaction of Trilon B with sulfates of alkaline earth metals in an aqueous solution, and with the participation of the surface of the graphene plane were carried out using the GAMESS (US) program by the density functional theory (DFT) method with the B3LYP functional and the 6-31G(d,p) basis set, taking into account the Grimme D3 dispersion correction within the PCM polarizable continuum. The results of the analysis of quantum chemical calculations indicate that the Trilon B molecule is better physically sorbed on the oxidized GLP (–412 kJ/mol) than on its native form (–188 kJ/mol). The values of the energy effect of the complexation of magnesium and calcium cations with Trilon B have a negative value both in an aqueous solution and in the presence of the oxidized form of GLP. This indicates the thermodynamic probability of this process, which is consistent with the experimental results. Regardless of the nature of the cation, its interaction with Trilon B is thermodynamically more likely in an aqueous solution than in the adsorbed state on the surface of oxidized GLP. |
| publisher |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/736 |
| work_keys_str_mv |
AT hrebelnayuv synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT demianenkoem synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT teretsmi synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT lobanovvv synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT zhuravskyisv synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT ignatenkoom synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT ivanenkoko synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT gornikovyui synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT kartelmt synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT sementsovyui synthesisandphysicochemicalpropertiesofhighqualityexpandedgraphite AT hrebelnayuv sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu AT demianenkoem sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu AT teretsmi sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu AT lobanovvv sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu AT zhuravskyisv sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu AT ignatenkoom sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu AT ivanenkoko sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu AT gornikovyui sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu AT kartelmt sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu AT sementsovyui sinteztafízikohímíčnívlastivostívisokočistogotermorozširenogografítu |
| first_indexed |
2025-07-22T19:35:26Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:45:56Z |
| _version_ |
1844168314624933888 |
| spelling |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7362025-06-19T09:41:33Z Synthesis and physico-chemical properties of high-quality expanded graphite Синтез та фізико-хімічні властивості високочистого терморозширеного графіту Hrebelna, Yu. V. Demianenko, E. M. Terets, M. I. Lobanov, V. V. Zhuravskyi, S. V. Ignatenko, O. M. Ivanenko, K. O. Gornikov, Yu. I. Kartel, M. T. Sementsov, Yu. I. expanded graphite graphite intercalation compounds thermogravimetry X-ray diffraction density functional theory method cluster approximation спучений графіт інтеркаляційні сполуки графіту термогравіметрія рентгенівська дифракція метод функціоналу густини кластерне наближення The purpose of the work is to establish the possibility of obtaining expanded graphite of high purity (carbon content more than 99.5 % wt.) from flotation-enriched graphite (carbon content 94–97 % wt.) by combining into one process intercalation of graphite with a solution of potassium dichromate in concentrated sulfuric acid with subsequent hydrolysis, and chemical purification using solutions of ammonium bifluoride in sulfuric or hydrochloric acid and Trilon B in an alkaline buffer as purification reagents, and to confirm this possibility by quantum chemical calculations. It has been experimentally shown that combining oxidized graphite synthesis and its chemical purification into one process allows obtaining expanded graphite of high purity, with a carbon content of 99.75–99.85 % wt. The methods of X-ray diffraction and thermogravimetry show that the interaction of oxidized graphite (the residual compound of intercalation of graphite with sulfuric acid) with cleaning reagents does not reduce the ability to expand. The magnitude of the mass loss of oxidized graphite according to various variants of chemical post-cleaning and the temperature range of such loss remain practically unchanged.Quantum chemical calculations of the adsorption energy (?Eads) of one molecule of Trilon B on the surface of a graphene-like plane (GLP), the complexation reaction of metal sulfates, the energy effect of the interaction of Trilon B with sulfates of alkaline earth metals in an aqueous solution, and with the participation of the surface of the graphene plane were carried out using the GAMESS (US) program by the density functional theory (DFT) method with the B3LYP functional and the 6-31G(d,p) basis set, taking into account the Grimme D3 dispersion correction within the PCM polarizable continuum. The results of the analysis of quantum chemical calculations indicate that the Trilon B molecule is better physically sorbed on the oxidized GLP (–412 kJ/mol) than on its native form (–188 kJ/mol). The values of the energy effect of the complexation of magnesium and calcium cations with Trilon B have a negative value both in an aqueous solution and in the presence of the oxidized form of GLP. This indicates the thermodynamic probability of this process, which is consistent with the experimental results. Regardless of the nature of the cation, its interaction with Trilon B is thermodynamically more likely in an aqueous solution than in the adsorbed state on the surface of oxidized GLP. Мета роботи – встановити можливість одержання терморозширеного графіту високої чистоти (вміст вуглецю більше 99.5 % мас.) із флотаційно збагаченого графіту (вміст вуглецю 94–97 % мас.), об’єднавши в один процес інтеркалювання графіту розчином біхромату калію в концентрованій сульфатній кислоті з подальшим гідролізом, і хімічну очистку з використанням як очищаючих реагентів розчинів біфториду амонію в сульфатній або хлорводневій кислоті та Трилону Б в лужному буфері, та підтвердити таку можливість квантово хімічними розрахунками. Експериментально показано, що об’єднання в один процес синтезу окисненого графіту та його хімічну очистку дозволяє одержати терморозширений графіт високої чистоти, з вмістом вуглецю 99.75–99.85 % мас. Методами рентгенофазового аналізу та термогравіметрії показано, що взаємодія окисненого графіту (залишкової сполуки інтеркалювання графіту сульфатною кислотою) з очищаючими реагентами не зменшує здатність до розширення. Величина втрати маси окисненого графіту за різними варіантами хімічної доочистки й температурний інтервал такої втрати залишаються практично незмінними.Квантовохімічні розрахунки енергії адсорбції (?Еads) однієї молекули Трилону Б на поверхні графеноподібної площини (ГП), реакцію комплексоутворення сульфатів металів, енергетичний ефект взаємодії Трилону Б з сульфатами лужноземельних металів у водному розчині, та за участі поверхні графенової площини проведені за допомогою програми GAMESS (US) методом теорії функціонала густини (DFT) з функціоналом B3LYP і базисним набором 6-31G(d,p) з врахуванням дисперсійної поправки Грімме ? D3 в межах поляризаційного континууму РСМ. Результати аналізу квантовохімічних розрахунків свідчать, що молекула Трилону Б краще фізично сорбується на окисненій ГП (–412 кДж/моль), ніж на її нативній формі (–188 кДж/моль). Величини енергетичного ефекту комплексоутворення катіонів магнію і кальцію з Трилоном Б мають негативне значення як у водному розчині, так і в присутності окисненої форми ГП. Це свідчить про термодинамічну ймовірність цього процесу, що узгоджується з результатами експерименту. Незалежно від природи катіону взаємодія його з Трилоном Б термодинамічно ймовірніша у водному розчині, ніж в адсорбованому стані на поверхні окисненої ГП. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-08-31 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/736 10.15407/hftp15.03.378 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 378-389 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 378-389 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 3 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 378-389 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/736/752 Copyright (c) 2024 Yu. V. Hrebelna, E. M. Demianenko, M. I. Terets, V. V. Lobanov, S. V. Zhuravskyi, O. M. Ignatenko, K. O. Ivanenko, Yu. I. Gornikov, M. T. Kartel, Yu. I. Sementsov |