کیلشیم کاربائیڈ کو خام مال کے طور پر استعمال کرتے ہوئے گرافین کی تیاری

کیلشیم کاربائیڈ ایک عملی کاربن ذریعہ کیوں ہے۔

کیلشیم کاربائیڈ (CaC2) برقی بھٹی میں کاربن کے ساتھ چونے کے اعلی-درجہ حرارت میں کمی سے تیار کیا جاتا ہے، اور یہ بلک ٹنیج میں تجارت کی جانے والی سب سے کم-لاگت والے کاربن کیریئرز میں سے ایک ہے۔ گرافین کی پیداوار کے لیے اس کی قدر کاربائیڈ آئن کی رد عمل میں مضمر ہے: دو-جہتی نمو کے لیے درکار کاربن کنکال پہلے ہی ایک سادہ دو-کاربن یونٹ میں جمع ہے، اس لیے خام مال قدرتی گریفائٹ یا ہائیڈرو کاربن گیس کے مقابلے میں بہت کم پہلے سے-علاج کے کام کے ساتھ آتا ہے، جس سے پہلے ان دونوں کو شگاف یا ہائیڈرو کاربن گیس کے طور پر استعمال کیا جانا چاہیے۔ ذریعہ

کمرشل کیلشیم کاربائیڈ کو بنیادی طور پر ایسٹیلین کی پیداوار اور گانٹھ کے سائز کے حساب سے درجہ بندی کیا جاتا ہے۔ معیاری سائز کی کلاسوں میں 0-5 ملی میٹر، 5-25 ملی میٹر، 25-50 ملی میٹر اور 50-80 ملی میٹر شامل ہیں۔ موٹے طبقوں کو عام طور پر کیمیائی ترکیب کے لیے منتخب کیا جاتا ہے کیونکہ یہ ذخیرہ کرنے اور پہنچانے کے دوران کم سطحی رقبہ کو محیطی نمی کے لیے بے نقاب کرتے ہیں، اس لیے ری ایکٹر تک پہنچنے سے پہلے کم مواد قبل از وقت ہائیڈولیسس میں ضائع ہو جاتا ہے۔

دو-جہتی گرافین کے لیے پانچ-مرحلہ تیاری کا راستہ

پہلا مرحلہ کاربن ماخذ کا پیش خیمہ بناتا ہے۔ کیلشیم کاربائیڈ اور ایک سرفیکٹنٹ کو 50:(3-6) کے بڑے تناسب سے بند ایجیٹیٹر میں چارج کیا جاتا ہے۔ برتن کو 60-100 ڈگری سینٹی گریڈ پر رکھا جاتا ہے اور 80-120 rpm پر 5-10 منٹ تک ہلایا جاتا ہے۔ اعتدال پسند درجہ حرارت اور کم قینچ جان بوجھ کر استعمال کی جاتی ہیں، کیونکہ مقامی حد سے زیادہ گرم ہونے سے سرفیکٹنٹ منتشر کاربائیڈ کو مستحکم کرنے سے پہلے ہی گل جائے گا۔

دوسرا مرحلہ ٹیمپلیٹ بناتا ہے۔ ریکٹرائٹ کو پہلے ایتھنول سے دھویا جاتا ہے اور پھر ریکٹرائٹ-سے-کیٹالسٹ ماس ریشو 8:(0.1-0.3) میں ایک کاتالسٹ کے ساتھ ملایا جاتا ہے۔ مرکب کا علاج مائکروویو یونٹ میں 500-600 W ریٹیڈ 3-5 منٹ کے لیے کیا جاتا ہے تاکہ ریکوٹریٹ سے تعاون یافتہ کیٹیلسٹ ٹیمپلیٹ دیا جا سکے۔ ایتھنول کی دھلائی صفائی ستھرائی کے بجائے ایک کنٹرول پوائنٹ ہے: مٹی میں جذب شدہ پانی انٹرکلیشن کے دوران کاربن کے پیش خیمہ سے مقابلہ کرتا ہے اور انٹر لیئر بھرنے کی یکسانیت کو کم کرتا ہے۔

تیسرا مرحلہ انٹرکلیشن مرحلہ ہے۔ پہلے مرحلے کا پیش خیمہ اور مرحلہ دو سے بھری ہوئی ٹیمپلیٹ کو 1:(3-4) کے بڑے تناسب سے ایک بند منتشر مکسر میں چارج کیا جاتا ہے۔ مکسر کو 60-80 ڈگری سینٹی گریڈ پر رکھا جاتا ہے اور 800-1000 rpm پر چلتا ہے جبکہ 5-10 MPa کا ویکیوم 10-20 منٹ کے لیے لگایا جاتا ہے، تاکہ پیشگی کو ریکوٹریٹ انٹرلیئر گیلریوں کے اندر کھینچا جائے اور اسے برقرار رکھا جائے۔ پروڈکٹ ایک رییکٹرائٹ-انٹرلیئر کاربن سورس کا پیش خیمہ ہے۔

چوتھا مرحلہ ترقی کا مرحلہ ہے۔ انٹرکیلیٹڈ پیشگی بند خشک ری ایکٹر میں رکھا جاتا ہے، ایک ملا ہوا تیزاب شامل کیا جاتا ہے، اور ری ایکٹر کو 80-100 ملی لیٹر/منٹ کے آرگن بہاؤ کے تحت 800-1000 ڈگری سینٹی گریڈ پر گرم کیا جاتا ہے۔ رد عمل کا وقت 3-8 گھنٹے ہے، جس کے بعد چارج قدرتی طور پر تقریباً 20 ڈگری سینٹی گریڈ تک ٹھنڈا ہو جاتا ہے۔ پھر رییکٹرائٹ فریم ورک کو 30-50% نائٹرک ایسڈ کے ساتھ بڑے پیمانے پر ہٹا دیا جاتا ہے تاکہ گرافین پرائمری پروڈکٹ چھوڑ سکے۔

پانچواں مرحلہ مصنوعات کو صاف کرتا ہے۔ بنیادی مصنوعات کو الکلی محلول سے دھویا جاتا ہے جب تک کہ واش شراب غیر جانبدار نہ ہو اور پھر خشک ہوجائے۔ آؤٹ پٹ بڑا ہے-سائز دو-جہتی گرافین جس کی پرت کی موٹائی 2 nm یا اس سے کم ہے، جو کہ اسٹیک شدہ کاربن تہوں کی ایک چھوٹی تعداد کے برابر ہے۔

فرنس پریکٹس اور فیڈ اسٹاک کی توانائی کی شدت

صنعتی کیلشیم کاربائیڈ کی پیداوار کے لیے استعمال ہونے والا واحد راستہ الیکٹرک-فرنس میں کمی ہے۔ پگھلا ہوا کاربائیڈ ری ایکشن فرنس کے نیچے سے ایک وصول کرنے والے ٹینک میں بہتا ہے اور ٹھنڈا ہو کر ٹھنڈا ہو جاتا ہے جسے بعد میں کچل کر اسکرین کیا جاتا ہے۔ آپریشن ایک اعلی-درجہ حرارت، دھول-گہری عمل ہے۔ 1980 کی دہائی میں، ایک ٹن صنعتی کیلشیم کاربائیڈ پیدا کرنے میں 10 سے 11 جی جے برقی توانائی خرچ ہوتی تھی۔ بند، بڑی-صلاحیت والی بھٹیوں کو اب ترجیح دی جاتی ہے کیونکہ وہ گرمی کے ضیاع کو کم کرتی ہیں اور کاربن مونو آکسائیڈ کو بطور ایندھن یا کیمیائی فیڈ اسٹاک کے طور پر بھڑکنے کی بجائے اسے بحال کرنے کے قابل بناتی ہیں۔

گرافین پروڈکٹ کے لیے معیار کے پیرامیٹرز

قبولیت کی تین قدریں آؤٹ پٹ کی تجارتی قدر کو کنٹرول کرتی ہیں: پرت کی موٹائی، پس منظر کا فلیک سائز اور بقایا غیر نامیاتی مواد۔ 2 nm یا اس سے کم کی پرت کی موٹائی کی تصدیق مائیکروسکوپی اور متعلقہ دو- جہتی مواد کے الفاظ سے کی جانی چاہیے، اور صرف سپلائر سرٹیفکیٹ ہی کافی ثبوت نہیں ہے۔ بقایا اتپریرک اور مٹی کی باقیات کو نائٹرک ایسڈ ٹریٹمنٹ اور نیوٹرلائزیشن واش کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے، اس لیے تیزاب کی طاقت، علاج کا دورانیہ اور واش اینڈ پوائنٹ سبھی بیچ ریکارڈ میں ظاہر ہونا چاہیے۔ ISO/TS 80004-13 گرافین اور متعلقہ دو جہتی مواد کی وضاحت کرتا ہے اور عام طور پر استعمال ہونے والی اصطلاحات فراہم کرتا ہے جب یہ قدریں خریداری کی تفصیلات میں لکھی جاتی ہیں۔

پیکجنگ، سٹوریج اور سیفٹی

کیلشیم کاربائیڈ کو خشک اور پانی سے دور رکھنا چاہیے، کیونکہ نمی کے ساتھ رابطے سے ایسیٹیلین پیدا ہوتی ہے، جو ایک آتش گیر گیس ہے۔ 50 کلوگرام اور 100 کلوگرام سائز میں سیل بند سٹیل کے ڈرم معمول کی برآمدی پیکیجنگ ہیں، اور 50-80 ملی میٹر کے موٹے گانٹھوں کو برآمد کے لیے ترجیح دی جاتی ہے کیونکہ وہ کم جرمانے کے ساتھ ہینڈل کرنے سے بچ جاتے ہیں۔ ایک ڈرم یا تھیلا جس نے نمی حاصل کی ہو اسے کبھی بھی بند جگہ میں بغیر وینٹیلیشن کے نہیں کھولنا چاہیے۔ گرافین کی طرف، پیکنگ سے پہلے خشک کرنا مکمل ہونا چاہیے: اونچی-سطح-علاقے پر جذب ہونے والی نمی کاربن پاؤڈر دوبارہ-جمع کو فروغ دیتی ہے اور ناپے ہوئے ذرات کے سائز کی تقسیم کو تبدیل کرتی ہے۔

اکثر پوچھے گئے سوالات

Q:گرافین کاربن ماخذ کے طور پر گریفائٹ پر کیلشیم کاربائیڈ کا کیا فائدہ ہے؟
A: کاربن ریڑھ کی ہڈی پہلے سے ہی ایک رد عمل والی دو-کاربن یونٹ کے طور پر موجود ہے، اس لیے یہ عمل گریفائٹ صاف کرنے اور ہائیڈرو کاربن کریکنگ کے مراحل سے بچتا ہے جو اضافی توانائی اور سرمایہ خرچ کرتے ہیں۔

Q:پیشگی مرحلے میں کیلشیم کاربائیڈ اور سرفیکٹنٹ کا کس بڑے تناسب کا استعمال کیا جاتا ہے؟
A: 50:(3-6)، 60-100 ڈگری سینٹی گریڈ اور 80-120 rpm پر 5-10 منٹ کے لیے بند ایجیٹیٹر میں ملایا جاتا ہے۔

Q:مائیکرو ویو کے قدم سے پہلے ریکٹرائٹ کو ایتھنول سے کیوں دھویا جاتا ہے؟
A: ایتھنول جذب شدہ پانی کو ہٹاتا ہے، اور جب ویکیوم انٹرکلیشن کے دوران اسے انٹرلیئر گیلریوں میں کھینچا جائے گا تو بقایا نمی کاربن کے پیش خیمہ سے مقابلہ کرے گی۔

Q:منتشر مکسر میں ویکیوم لیول اور اختلاط کی رفتار کا استعمال کیا جاتا ہے؟
A: 800-1000 rpm 5-10 MPa کے خلا کے ساتھ 60-80 ڈگری سینٹی گریڈ کے کنٹرول شدہ درجہ حرارت پر 10-20 منٹ کے لیے۔

Q:خشک ری ایکٹر کے اندر ترقی کے حالات کیا ہیں؟
A: 800-1000 ڈگری سینٹی گریڈ 3-8 گھنٹے آرگن کے نیچے 80-100 ملی لیٹر فی منٹ، اس کے بعد قدرتی ٹھنڈک تقریباً 20 ڈگری سینٹی گریڈ تک پہنچ جاتی ہے۔

Q:نمو کے بعد رییکٹرائٹ ٹیمپلیٹ کو کیسے ہٹایا جاتا ہے؟
A: بڑے پیمانے پر 30-50% نائٹرک ایسڈ کے ساتھ، جس کے بعد مصنوعات کو غیر جانبداری کے لیے الکلی محلول سے دھویا جاتا ہے اور آخری گرافین پاؤڈر تک خشک کیا جاتا ہے۔