Проекты

Терморасширенный графит, модифицированный соединениями различных металлов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Прикладная химия. Материаловедение» среди работ учащихся 7–9 классов

Направление работы: Прикладная химия
Авторы работы: ФГКОУ «МКК ПВ МО РФ»
Предметы: Химия
Классы: 9 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

На современном этапе развития науки и техники особое значение приобретают исследования, направленные на создание новых материалов, обладающих заданными функциональными свойствами. Одним из материалов XX–XXI века является пенографит или терморасширенный графит (ТРГ). Широкое распространение ТРГ получил как основа для получения уплотнительных материалов. Однако для расширения областей применения ТРГ необходимо придать ему новые свойства, что можно достичь путём получения композита, содержащего ТРГ и соединения различных металлов.

Цель

Получить ТРГ, модифицированный соединениями серебра, меди и железа, и исследовать его физико-химические свойства

Задачи

  1. Получение ТРГ на основе бисульфата графита; изготовление таблеток из ТРГ путём его прессования
  2. Пропитка таблеток в растворах различных солей (нитрата серебра (I), меди (II), кобальта (II), никеля (II), магния (II) и хлориде железа (III))
  3. Термообработка пропитанных таблеток для разложения солей металлов и исследование физико-химических свойств полученных материалов

Описание

В ходе работы были проведены следующие этапы: получение бисульфата графита I ступени путём взаимодействия природного чешуйчатого графита с серной кислотой в присутствии бихромата калия, далее был проведён гидролиз полученного бисульфата графита с образованием нестехиометрического аддукта – окисленного графита. Вспенивание окисленного графита с образованием ТРГ осуществлялось в муфельной печи при 600 °С и 800 °С. Насыпная плотность и выход твёрдого продукта, полученного при 600 °С, была больше, чем у полученного при 800 °С.

Далее таблетки, изготовленные из ТРГ, пропитывались в растворах различных солей (AgNO3, Cu(NO3)2, Co(NO3)2, Ni(NO3)2, Mg(NO3)2, FeCl3). Пропитка таблеток из ТРГ в водных растворах солей металлов приводит к впитыванию этих растворов и увеличению массы таблетки.

На шестом этапе проводилась термообработка пропитанных таблеток при температуре 900 °C, которая сопровождалась разложением AgNO3 до AgО, а Cu(NO3)2 до CuO. Модификация ТРГ серебром может придать ему новые каталитические свойства. Оксид меди может быть восстановлен до Cu0, что приведёт к увеличению теплопроводности материала.

При термообработке таблеток, пропитанных в смешанных растворах солей FeCl3 и Co(NO3)2, Ni(NO3)2, Mg(NO3)2, оксиды, образующиеся при их разложении (Fe2O3 и MeO, Me = Co, Ni, Mg), взаимодействовали с образованием ферритов: Fe2O3 + MeO → MeFe2O4. ТРГ, содержащий ферриты кобальта, никеля и магния, обладает магнитными свойствами.

Результаты работы/выводы

Таким образом, модификация ТРГ соединениями различных металлов изменяет его свойства и позволяет расширить области применения данного материала, что позволит использовать его в различных областях промышленности: в машиностроении, нефтехимии, тепловой и ядерной энергетике, авиационной, космической и оборонной промышленности.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем планируется исследовать теплопроводящие и каталитические свойства материала: провести опыт по выращиванию нанотрубок и измерить теплопроводность ТРГ.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Химический факультет МГУ им. Ломоносова