RU2330864C1 - СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО НАНОКОМПОЗИТА Cu/ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ - Google Patents
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО НАНОКОМПОЗИТА Cu/ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2330864C1 RU2330864C1 RU2007107345/04A RU2007107345A RU2330864C1 RU 2330864 C1 RU2330864 C1 RU 2330864C1 RU 2007107345/04 A RU2007107345/04 A RU 2007107345/04A RU 2007107345 A RU2007107345 A RU 2007107345A RU 2330864 C1 RU2330864 C1 RU 2330864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pan
- hno
- cucl
- nanocomposite
- thermostable
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нанотехнологии изготовления термостабильного нанокомпозита Cu/полиакрилонитрил (ПАН). Описан способ получения термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН, включающий приготовление смеси CuCl2, HNO3 (СHNO3=37%) и ПАН (Мη=1×105), выдерживание до растворения CuCl2 и ПАН в HNO3, выпаривание HNO3, нагревание полученного твердого вещества, причем осуществляют приготовление смеси CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении (1÷6):(15÷600):(1,6÷15) (весовые части) при условии mCuCl2/mПАН<0,7; выдерживание в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3; выпаривание HNO3 при 90°С; термообрабатывание полученного твердого вещества при давлении и температуре 10-3÷760 мм рт.ст. и 200÷300°С соответственно, в течение 1÷40 минут с образованием термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН, содержащего наночастицы Cu с размером от 10 до 80 нм. Техническим результатом является получение термостабильных нанокомпозитов Cu/ПАН при отжиге смеси CuCl2/ПАН, содержащих наночастицы Cu с размером от 10 до 80 нм. 1 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к нанотехнологии изготовления термостабильного нанокомпозита Cu/полиакрилонитрил (ПАН).
Выгодные свойства наночастиц меди позволяют использовать нанокомпозит в качестве катализаторов, которые приготавливают пропитыванием углеродной основы с помощью раствора неорганической соли и последующего восстановления металла [T.Tsoncheva, S.Vankova, D.Mehandjiev. Effect of the precursor and the preparation method on copper based activated carbon catalysts of methanol decomposition to hydrogen and carbon monoxide // Fuel. 2003. V.82. PP.755-763]. Однако эти катализаторы обладают недостатком, который заключается в слабом взаимодействии металлических частиц с углеродным материалом, которое приводит к агрегации металлических частиц и дезактивации катализатора при высоких температурах.
Наночастицы меди, поверхность которых модифицирована с помощью ди-2-этилгексилдитиофосфатом, используют в качестве модифицирующих добавок в моторном масле для уменьшения трения и увеличения износостойкости трущихся поверхностей [J.Zhou, Z.Wu, Z.Zhang, W.Liu, and Q.Xue. Tribological behavior and lubricating mechanism of Cu nanoparticles in oil // Tribology Letters. 2000. V.8. PP.213-218]. Однако золь стабилен в узком диапазоне окружающих условий, изменение которых может привести к агрегации и седиментации частиц Cu.
Для получения композитов, содержащих наночастицы Cu, используют полимеры в качестве матрицы, которая препятствует агломерации наночастиц [T.W.Schneider, R.C.White. Methods for material fabrication utilizing the polymerization of nanoparticles. USA Patent №6812268 B2, Nov. 2, 2004]. Недостатком этого метода является необходимое окисление поверхности металлических частиц с образованием на ней гидроксильных групп, через которые осуществляется химическая связь с мономером и возможность полимеризации.
Техническим результатом является получение термостабильных нанокомпозитов Cu/ПАН при отжиге смеси CuCl2/ПАН содержащих наночастицы Cu с размером от 10 до 80 нм.
Способ получения термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН содержит стадии приготовления смеси CuCl2, HNO3 (СHNO3=37%) и ПАН (Мη=1×105) в отношении (1÷6):(15÷600):(1,6÷15) (весовые части), при этом должны выполняться условия: mCuCl2/mПАН<0,7; выдерживание 72 часа при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3; выпаривание HNO3 при 90°С; термообработка при 200÷300°С в течение 1÷40 минут при Р=10-3÷760 мм рт.ст. полученного твердого вещества. В результате образуются термостабильный нанокомпозит, содержащий частицы Cu с размером 10÷80 нм, которые при повторном нагреве на воздухе до 200°С не образуют оксида меди.
Для измерения размеров наночастиц Cu использованы рентгеновский дифрактометр ДРОН-1,5 (СиКα-излучение) с модернизированной коллимацией, сканирующий и просвечивающий электронные микроскопы JSM-6700F и JEM-100CX2 соответственно. Средний кристаллический размер (LC) наночастиц Cu рассчитан из рентгеновских дифрактограмм с помощью уравнения Дебай-Шеррера:
LC=kλ/Bcosθ,
где k - константа, равная 0,89; В - полуширина дифракционного угла соответственного дифракционного максимума; λ=1,54056 Å - длина волны рентгеновского CuKα-излучения.
Пример 1. Делаем навески CuCl2 с mCuCl2=0,05 г; ПАН с mПАН=0,46 г; приготавливаем 20 мл HNO3 (СHNO3=37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении 1:400:9,2 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl2. После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель и выпариваем HNO3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Получаем твердое вещество салатового цвета. Переносим тигель с твердым веществом в сушильный шкаф, нагретый до Т=250°С. При пиролизе ПАН на воздухе выделяется атомарный Н, Н2, СО и образуются гидрохиноидные и сопряженные структуры с альдегидными функциональными группами, которые восстанавливают Cu из соли CuCl2.
CuCl2+H2=Cu°+2HCl
CuCl2+2H=Cu°+2HCl
R-C(O)H+CuCl2→R-C(O)OH+Cu+HCl
НО-С6Н4-ОН+CuCl2→O=С6Н4=O+2НСl+Cu°
После выдержки в сушильном шкафу в течение 30 мин получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным методов рентгеновской дифракции (фиг.1) и сканирующей электронной микроскопии (фиг.2) определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 26 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению наночастиц Cu по данным метода рентгеновской дифракции.
Пример 2. Делаем навески CuCl2 с mCuCl2=1,65 г; ПАН с mПАН=2,77 г; приготавливаем 30 мл HNO3 (СHNO3=37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении 1:18:1,7 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl2. После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель, и выпариваем HNO3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Получаем твердое вещество салатового цвета. Переносим тигель с твердым веществом в установку термического отжига. Отжигаем образец при Р=3×10-3 мм рт.ст. и 250°С в течение 20 мин. После охлаждения получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным метода просвечивающей электронной микроскопии (фиг.3) определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 10 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению медных наночастиц по данным метода рентгеновской дифракции.
Пример 3. Делаем навески CuCl2 с mCuCl2=0,60 г; ПАН с mПАН=1,00 г; приготавливаем 10 мл HNO3 (CHNO3 = 37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении 1:16,6:1,6 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl2. После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель и выпариваем HNO3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Переносим тигель с твердым веществом в сушильный шкаф, нагретый до Т=250°С. После выдержки в сушильном шкафу в течение 4 минут получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным методов рентгеновской дифракции определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 20 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению медных наночастиц по данным метода рентгеновской дифракции.
Пример 4. Делаем навески CuCl2 с mCuCl2=1,5 г; ПАН с mПАН=3,45 г; приготавливаем 15 мл HNO3 (СHNO3 = 37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении 6:60:14 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl2. После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель и выпариваем HNO3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Получаем твердое вещество салатового цвета. Переносим тигель с твердым веществом в установку термического отжига. Отжигаем образец при Р=1×10-3 мм рт.ст. и 300°С в течение 40 мин. После охлаждения получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным рентгеноструктурного анализа определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 80 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению медных наночастиц по данным метода рентгеновской дифракции.
Пример 5. Делаем навески CuCl2 с mCuCl2=0,50 г; ПАН с mПАН=175 г; приготавливаем 12,5 мл HNO3 (СHNO3=37%) для изготовления смеси, состоящей из CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении 4:100:14 (весовые части). Берем коническую колбу (V=50 мл) с пробкой, засыпаем в нее навеску ПАН и заливаем приготовленную HNO3. Затем засыпаем в колбу навеску CuCl2. После перемешивания содержимого в колбе с помощью стеклянной палочки в течение 5 мин закрываем колбу пробкой. После выдержки смеси в течение 72 часов при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3 получаем голубой раствор. Полученный раствор заливаем в тонкостенный фарфоровый тигель и выпариваем HNO3 из раствора (Т=90°С) на водяной бане. Переносим тигель с твердым веществом в сушильный шкаф, нагретый до Т=250°С. После выдержки в сушильном шкафу в течение 25 минут получаем нанокомпозит Cu/ПАН коричневого цвета. По данным методов рентгеновской дифракции определен размер наночастиц, составляющий приблизительно 50 нм. Повторный отжиг образца при 200°С в течение 20 минут не приводит к окислению медных наночастиц по данным метода рентгеновской дифракции.
От условий приготовления (температура; газовая атмосфера; давление в реакционной камере; время термической обработки; концентрация соли меди в полимере; весовое соотношение соли меди, растворителя и полимера) зависит размер наночастиц меди. Зависимость размера наночастиц Cu, измеренных с помощью метода рентгеновской дифракции, в матрице ПАН от условий отжига и соотношения компонентов показаны в таблице.
| Таблица | |||||
| Зависимость размера наночастиц Cu в матрице полиакрилонитрила от условий отжига и соотношения компонентов в исходном растворе CuCl2/HNO3/ПАН | |||||
| № | CuCl2/HNO3/ПАН (вес. часть) | Т, °С | Давление в реакционной камере, мм рт.ст. | Время выдержки, мин | Размер наночастиц Cu, нм |
| 1 | 1:400:9,2 | 250 | 760 | 30 | 26 |
| 2 | 1:16,6:1,6 | 250 | 760 | 2 | 12 |
| 3 | 1:16,6:1,6 | 250 | 3×10-3 | 20 | 31 |
| 4 | 1:16,6:1,6 | 250 | 1×10-3 | 1 | - |
| 5 | 1:16,6:1,6 | 250 | 760 | 4 | 20 |
| 6 | 1:60:1,6 | 200 | 3×10-3 | 30 | - |
| 7 | 1:60:1,6 | 225 | 2×10-3 | 10 | - |
| 8 | 1:60:1,6 | 225 | 1×10-3 | 20 | - |
| 9 | 1:18:1,7 | 250 | 3×10-3 | 20 | 22 |
| 10 | 1:18:1,7 | 250 | 4×10-3 | 1 | 15 |
| 11 | 6:60:14 | 300 | 1×10-3 | 40 | 80 |
| 12 | 1,9:600:15 | 230 | 1×10-3 | 30 | 10 |
| 13 | 2,8:15:10 | 240 | 1×10-3 | 30 | 40 |
| 14 | 4:100:14 | 250 | 760 | 25 | 50 |
| 15 | 5:120:9 | 200 | 1×10-3 | 35 | 15 |
Claims (1)
- Способ получения термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН, включающий приготовление смеси CuCl2, HNO3и ПАН (Мη,=1×105), выдерживание до растворения CuCl2 и ПАН в HNO3, выпаривание HNO3, нагревание полученного твердого вещества, отличающийся тем, что осуществляют приготовление смеси CuCl2, HNO3 и ПАН в отношении (1÷6):(15÷600):(1,6÷15) (весовые части) при условии
выдерживание в течение 72 часа при 25°С до полного растворения CuCl2 и ПАН в HNO3; выпаривание HNO3 при 90°С; термообрабатывание полученного твердого вещества при давлении и температуре 10-3÷760 мм рт.ст и 200÷300°С соответственно в течение 1-40 мин с образованием термостабильного нанокомпозита Cu/ПАН, содержащего наночастицы Cu с размером от 10 до 80 нм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007107345/04A RU2330864C1 (ru) | 2007-02-28 | 2007-02-28 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО НАНОКОМПОЗИТА Cu/ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007107345/04A RU2330864C1 (ru) | 2007-02-28 | 2007-02-28 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО НАНОКОМПОЗИТА Cu/ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2330864C1 true RU2330864C1 (ru) | 2008-08-10 |
Family
ID=39746392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007107345/04A RU2330864C1 (ru) | 2007-02-28 | 2007-02-28 | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО НАНОКОМПОЗИТА Cu/ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2330864C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593145C1 (ru) * | 2015-03-20 | 2016-07-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/C В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ |
-
2007
- 2007-02-28 RU RU2007107345/04A patent/RU2330864C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593145C1 (ru) * | 2015-03-20 | 2016-07-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА FeNi3/C В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chakradhar et al. | Fabrication of superhydrophobic surfaces based on ZnO–PDMS nanocomposite coatings and study of its wetting behaviour | |
| Goia et al. | Tailoring the particle size of monodispersed colloidal gold | |
| JP5118328B2 (ja) | 中空シリカ粒子 | |
| JP4774214B2 (ja) | 金属ナノ粒子を合成するための方法 | |
| TWI767345B (zh) | 含碳量子點之組成物及其製造方法 | |
| US20100152041A1 (en) | Method of production of transition metal nanoparticles | |
| JP2006507409A (ja) | 金属ナノ粒子の合成のための方法 | |
| Kelly et al. | Sol–gel precursors for group 14 nanocrystals | |
| JP2005343782A (ja) | テルル化ビスマスナノ粒子の製造方法及びテルルナノ粒子の製造方法 | |
| KR20160150014A (ko) | 구형 실리콘 옥시카바이드 분립체와 그 제조 방법 | |
| Zhao et al. | Confined interfacial micelle aggregating assembly of ordered macro–mesoporous tungsten oxides for H 2 S sensing | |
| RU2552454C2 (ru) | СПОСОБ СИНТЕЗА МЕТАЛЛОУГЛЕРОДНОГО НАНОКОМПОЗИТА FeCo/C | |
| Blanco et al. | From core–shell MoS x/ZnS to open fullerene-like MoS 2 nanoparticles | |
| Toloman et al. | V-doped ZnO particles: Synthesis, structural, optical and photocatalytic properties | |
| Wang et al. | Preparation of organic/inorganic composite phenolic resin and application in Al2O3‐C refractories | |
| TW202323193A (zh) | 電子材料用二氧化矽及其製造方法 | |
| RU2330864C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО НАНОКОМПОЗИТА Cu/ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ | |
| Franzel et al. | Regioselective cross-linking of silica aerogels with magnesium silicate ceramics | |
| Jha et al. | Investigation of emission behaviour of perovskite nanocrystals using nano to microspheres of TiO 2 | |
| Wang et al. | The effect of CTAB on the citrate sol-gel process for the synthesis of sodium beta-alumina nano-powders | |
| Bide et al. | Poly (2-aminothiazole) as a unique precursor for nitrogen and sulfur co-doped porous carbon: immobilization of very small gold nanoparticles and its catalytic application | |
| Zhu et al. | Fabrication of fluorescent nitrogen-rich graphene quantum dots by tin (IV) catalytic carbonization of ethanolamine | |
| Ghariani et al. | Synthesis, characterization, and application of sol gel derived Mg 2 SiO 4 powder | |
| Uflyand et al. | Metal Chelate Monomers Based on Nickel Maleate and Chelating N‐Heterocycles as Precursors of Core‐shell Nanomaterials with Advanced Tribological Properties | |
| Zefirov et al. | Thermal decomposition of manganese carbonyl in supercritical CO 2 as a simple and effective approach to obtain manganese oxide aerogels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 22-2008 FOR TAG: (72) |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200229 |