B82B3 - производството и обработката на наноструктури
Собствениците на патента RU 2431600:
Институция на Руската академия на науките Институт по обща и неорганична химия. NS Kurnakova RAS (ИОНХ RAS) (RU)
Изобретението се отнася до химическа промишленост и нанотехнологиите. Въглеродните нанотръби са получени чрез контакт на смес от метан и водород с катализатор. Процесът се провежда при повишена температура и времето на контакт на катализатора и смес от тези газове 10-60 мин. Магнезий катализатор cobaltate Mg [СоО 2] 2. Свързване на катализатора и смес от метан и водород състав от 80 об ÷ 95%. метан и об 5 ÷ 20%. водород се извършва при температура от 650 ÷ 750 ° С Изобретението позволява да се получи направо стени въглеродни нанотръби, осигурява висок добив на въглеродни нанотръби за единица тегло на катализатора при висока ефективност, произвежда продукт с висока хомогенност и многослойни тръби с диаметър фракции. 1-ил. Таблица 1.
Изобретението се отнася до областта на химическата промишленост, по-специално до каталитичен процес за производството на въглеродни нанотръби от метан. Получени по този метод, въглеродни нанотръби могат да се използват като пълнител в производството на енергия и топлоизолационен композитен материал.
Недостатък на този метод за получаване нанотръби са относително високата цена на най газообразен въглеводород и рециклиране на нереагиралите газове трябва да се увеличи тяхното превръщане, което усложнява практическото прилагане на този метод. Също така, произведени по този метод графитните нанотръби често се проявяват под формата спирали, на случаен принцип, обобщени под формата на бобини. Такива графитните нанотръби имат ниска степен на чистота, тъй като те са обхванати от външната и вътрешната слой на нарушено въглерод и свободните краища на нанотръби обикновено е локализиран на катализиращи частици.
Широкото метод за получаване на въглеродни влакна с висока температура на разлагане метан [A.Oberlin, M.Endo, T.Koyama, J.Cryst. 32 растеж (1976) 335; G.Tibbetts, M.Devour, E.Rodda, Въглероден 25 (1987) 367; F.Benissad, P.Gadelle в др. Въглероден 26 (1988) 61]. Метан в смес с водород се разгражда, докато доставка на суспензия дисперсна реактор железни частици размер от около 12 пМ при температура над 1000 ° С Само за няколко секунди се образуват дълги въглеродни нишки, които не са нанотръби и пиролизна въглерод, който е основен недостатък.
Вторият недостатък е, в действителност голям брой, до 184%, аморфни въглеродни отлагания, което допълнително усложнява отделянето на въглеродни нанотръби от катализатора.
Метод за получаване на въглероден материал чрез пиролиза на въглеводороди при температури в диапазона 400 ÷ 3000 ° С в присъствието на 0.01 ÷ 5 тегл.% Летливи органометален катализатор [US 4816289]. Полученият продукт е с диаметър от въглеродни влакна от 0.1 ÷ 4.0 m или 100-4000 пМ, че не отговаря на nanodimension определение. Недостатъците на този метод е ниската стойност на специфичен добив (количество на въглеродния продукт, образуван за единица тегло на катализатора) при висока цена на някои от изходните компоненти.
Недостатък на този метод е ниската му производителност получи чрез въглеродния продукт.
Във връзка с едновременно нагряване и охлаждането на субстрата в реактора, както и свързаното с периодичността на процеса на пиролиза реакция е енергично скъпо.
Метод за получаване на въглеродни нанотръби [RU 2146648] въглеводород разлагане на катализатора на желязо-съдържащ при повишена температура, характеризиращ се с това, че за производството на въглеродни нанотръби, използвайки метан разлагане в присъствието на гранулиран катализатор, съдържащ желязо, кобалт и алуминиев оксид. Метан разлагане се осъществява при температура не по-висока от 650 ° С в продължение на 17 часа до пълно деактивиране на катализатора, който се появява в резултат на блокиране на активната повърхност на катализатор въглен.
Получава предпочитане права нанотръба характер графит, несъдържащи на повърхността аморфен въглерод.
Основният недостатък е лошото представяне, което е свързано с продължителността на процеса. Освен това, за да се предотврати образуването на филаментозни въглероден netrubchatoy структура и морфология тръби нарушена структура (спирала и шишарки) процес се извършва при постоянно разбъркване и катализаторът, оформен Върху него въглероден материал с допълнително оборудване, а именно вибрации устройство.
Най-близко по техническа същност и постижима резултат е метод за производство на въглеродни нанотръби [RU 2338686] (прототип) в периодичен или непрекъснат начин чрез контактуване на газообразен въглеводород и разредител смес с катализатор, състоящ се от активни метали и техните носители с стареене в реактора в даден реакционна температура от 800 ÷ 1000 ° с в продължение на 1 ÷ 45 минути. По-специално, като се използва катализатор състава на Cox MG1-X О, където х = 0.0100 0.1000 ÷, кобалт се използва като активен метал, и като носител MgO.
Втори недостатък е, че полученият продукт е смес от няколко стени нанотръби с малки диаметри 2 ÷ 10 пМ, еднослойни, двуслойни и максимум три слоя въглеродни нанотръби.
Друг недостатък е сравнително висока реакционна температура, което прави изпълнението на метода съгласно прототип енергично скъпо.
Задача на използване на въглеродни нанотръби като пълнител в производството на енергия и топлоизолационни композитни материали е да се получи продукт със среден диаметър от 15 ÷ 30 нм. Желателно е, че стените на тръбата се състои от пет до десет слоя графит, които ще представляват вложени "бутилки" графен на кухини, разположени като "растеж дърво пръстени" на разстояние от около 0.34 пМ от друг.
Изобретението има за цел да се намери метод за получаване на директни нанотръби въглеродни, което осигурява достатъчно висок добив на въглеродни нанотръби за единица тегло на катализатора при висока производителност и осигурява продукт с относително висока тръба многопластови и хомогенни фракции диаметър, който определя постигането на якостните свойства показана структурна материали.
Техническият резултат се постига с това, че метод за производство на въглеродни нанотръби чрез контакт на смес от метан и водород с катализатор, съдържащ магнезий и кобалт при повишена температура и времето на контакт на катализатора и смес от споменатите газове 10 ÷ 60 минута, характеризиращ се с това, че като катализатор използван магнезиев cobaltate Mg [СоО 2] 2. контактуването на катализатора и смес от метан и водород състав от 80 об ÷ 95%. метан и об 5 ÷ 20%. водород се извършва при температура от 650 ÷ 750 ° С
изобретението топлинна обработка температура интервал определя експериментално и е оптимална за получаване на хомогенна фаза на нанокристален без агрегирани гранули. минималната температура на лечение се дължи на факта, че под 650 ° С не е пълно дезактивиране на катализатора. Горната граница на температурата се дължи на факта, че при температури над 750 ° С се влошава нанотръба структура, заедно с прави тръби, образуването на други форми: извити, конична и спирална. По този начин температурата на обработка при 650 ÷ 750 ° С позволява да се получи най-висок добив на крайно качество на продукта.
Казано интервал от време 10 ÷ 60 минути, определени от динамиката на образуването на въглеродни нанотръби, които обикновено се прекратява след 60 минути общо дезактивиране на катализатора при температура 650 ÷ 750 ° С и при време на престой по-малко от 10 минути не се достигне желаната многослоен, както е видно от среден диаметър на нанотръби не повече от 15 нанометра.
Наличието на об 5 ÷ 20%. водород в смес от метан и водород поради профилактика на преждевременно деактивиране на повърхността на катализатора, ефективната компонент, който намалява по размер като се застопори въглерод.
Е оптимална термична обработка в продължение на 45 минути при 700 ° С, в който крайния продукт разпространението на диаметрите на въглеродни нанотръби произведени не е повече от 30%.
Получаване относително еднакви продуктови фракции нанотръби със среден диаметър, равен на 15 ÷ 30 пМ може да се използва getermetallicheskogo фаза хомогенност съотношение катализатор Co: Mg. Последното се постига с това, че магнезиев Mg cobaltate на [СоО 2] 2. се използва като катализатор се получава чрез термолиза на органометален комплекс, например Co2 Mg (OOCCMe3) 6 (2,4-Лут) 2.
Постигането на качествените характеристики на претендираното изобретение се илюстрира със следните приложените фигури: "Изображението получени чрез сканиращ електронен микроскоп (SEM) на устройството Jeol JSM 6390 LV».
Фиг. Тя илюстрира метод осъществява, както е описано в пример 5 се получава директно въглеродна нанотръба диаметър дисперсия, която е до 30%. На многослойният самата може да се съди диаметър nanotorubok който е между 20 и 30 пМ, като е известно, че най-малкия диаметър на нанотръбите е 0.7 пМ (диаметър фулеренова молекула С60), а разстоянието между слоеве от 0.34 пМ.
Изобретението се илюстрира със следните примери за изпълнение на претендирания метод. Примерите илюстрират, но не ограничават предложения метод.
Пример 1. Дължината на лодка от 13 mm се зарежда със слой от гранулиран магнезиев cobaltate Mg [СоО 2] 2. в количество от 0.2 гр с размер на частиците от 0.25 ÷ 0.50 mm. След лодката се поставя в реактор с диаметър 55 mm, пълни с аргон. Допълнително включени температура на нагряване се довежда до 650 ° С и се подава към метан и водород. Метан, минаваща през катализаторния слой се разлага на въглерод и водород. Водородът и нереагирал метан се изтегля от реактора. Процесът се провежда в продължение на 45 минути до пълно дезактивиране на катализатора. Специфичен добив на въглероден материал беше 0.645 грама / г катализатор. Продуктът, получен съгласно микроскопско изследване е смес от няколко стени диаметър нанотръби от 25 пМ с диаметър дисперсия ± 20%.
Примери 2-6. Се осъществява, както е описано в пример 1, за създаване на различни условия на време-температура.
Резултатите от метода от примери 1-6 са обобщени в таблицата: "Добив на въглеродни нанотръби от разлагане на метан и условия индекс на хомогенност фракции разпръсне диаметър нанотръба синтезира съгласно предложения метод."
Предложеният метод позволява да се получи направо стени въглеродни нанотръби, методът осигурява достатъчно висок добив на въглеродни нанотръби за единица тегло на катализатора при висока производителност и осигурява продукт с относително висока тръба многопластови и хомогенни фракции диаметър, който определя постигането на якостните свойства показват структурни материали.
Метод за производство на въглеродни нанотръби чрез контакт на смес от метан и водород с катализатор, съдържащ магнезий и кобалт при повишена температура и времето на контакт на катализатора и смес от споменатите газове 10 ÷ 60 минути, характеризиращ се с това, че катализаторът е Mg магнезиев cobaltate [СоО 2] 2. контактуването на катализатора и смес от метан и водород състав от 80 ÷ 95 об.% метан и 5 ÷ 20 об.% водород се провежда при температура от 650 ÷ 750 ° С
Изобретението се отнася до технология за получаване на чисти нано въглеродни материали в обработката на въглеводородна изходна суровина, и може да намери приложение в нефтохимическата промишленост и строителството, в композитни материали, каучук, като сорбенти.
Изобретението се отнася до нанотехнологиите и може да се използва за производство на въглеродни нанотръби, които се използват като електродни материали в електрохимични клетки, като катализатори за производство на полимерни нанокомпозити.
Изобретението се отнася до производството на въглеродни влакнести материали и може да се използва за производство на пълнители композити, газоразпределителни слоеве в смазочните на гориво клетъчни компоненти, водородни акумулатори, филтърни материали, въглеродни електроди от литиеви батерии, залепващи композити, катализаторни носители, адсорбенти, антиоксиданти в производството на козметика, източници на електрони за излъчване на поле за изменяне на добавките в конкретни специални цели, както и покрития за екраниране микровълнова печка и радио.
Изобретението се отнася до технологията на въглерод и изолационни материали могат да се използват за изолация висока температура и висока температура пещи покриващи елементи.
Изобретението се отнася до областта на химията и може да се използва в производството на водород гориво.
Изобретението се отнася до технология за получаване на влакнести въглеродни материали от пиролизата на ароматни и неароматни въглеводороди.
Изобретението се отнася до областта на електрониката, оптоелектрониката, материали.
Изобретението се отнася до областта на топлинна бариера материал.
Изобретението се отнася до нанотехнологиите.
Изобретението се отнася до нанотехнологиите.
Изобретението се отнася до областта на нанотехнологиите и нано материали, производство и преработка на наноструктури, и могат да бъдат използвани за създаване на слънчеви клетки елемент базови наноелектрониката и nanosistemnoy техниката сонди в сканираща сонда микроскопия елемент чувствителен сензор, провеждане транзистори канали композитни пълнители, защитни и топлинно отстраняване филм покрития.
Изобретението се отнася до полупроводникова технология и може да се използва в производството на микро- и наноелектронни и оптоелектронни устройства, по-специално тънкослойни транзистори, не-летливи клетките на паметта, слънчеви клетки.
Изобретението се отнася до областта на нанотехнологиите, по-специално за измерване на температурата на един проводящ (метален или полупроводников) наночастици със сканиращ микроскоп тунели, работещи в режим nanocontact и Зеебек ефект в контактна област на нано размери.
Изобретението се отнася до устройство за производство на метални нано-диспергиран в течната фаза (вода, органични разтворители).
Изобретението се отнася до областта на микроелектрониката, по-специално за отлагането на различни диелектрични слоеве на силициеви производни в производството на субмикронна VLSI (много голям мащаб интегрални схеми).
Изобретението се отнася до технология за получаване на чисти нано въглеродни материали в обработката на въглеводородна изходна суровина, и може да намери приложение в нефтохимическата промишленост и строителството, в композитни материали, каучук, като сорбенти.
Изобретението се отнася до нанотехнологиите и може да се използва като компонент на композитни материали.
Изобретението се отнася до катализатор за Fischer-Tropsch синтез.
Изобретението се отнася до катализатори.
Свързани статии