RU2372285C1 - Способ обработки детонационного углерода (варианты) - Google Patents
Способ обработки детонационного углерода (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2372285C1 RU2372285C1 RU2008118608/15A RU2008118608A RU2372285C1 RU 2372285 C1 RU2372285 C1 RU 2372285C1 RU 2008118608/15 A RU2008118608/15 A RU 2008118608/15A RU 2008118608 A RU2008118608 A RU 2008118608A RU 2372285 C1 RU2372285 C1 RU 2372285C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- detonation
- diamond
- processing
- diamonds
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области модификации свойств сверхтвердых материалов и может быть использовано при получении ультрадисперсных алмазов высокой чистоты. Детонационный углерод обрабатывают в сверхкритической воде или в сверхкритической воде с добавлением перекиси водорода. Технический результат - модификация поверхности наночастиц конденсированной углеродной фазы, содержащей ультрадисперсные алмазы, удаление и разложение неалмазных углеродных структур, создание экологически чистой безотходной технологии, 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области модификации свойств сверхтвердых материалов, а именно к обработке детонационного углерода (шихта детонационного углерода, содержащая ультрадисперсные наноалмазы), получаемого методом детонационного синтеза при взрыве твердых углеродсодержащих взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом, и может найти применение в получении ультрадисперсных алмазов высокой чистоты.
Исследованиям углеродных наноструктур в рамках развития новых нанотехнологий в последнее время уделяется достаточно много внимания. Среди различных синтезируемых углеродных структур следует выделить т.н. ультра дисперсные наноалмазы (УДА), получаемые методом детонационного синтеза при детонации твердых углеродсодержащих взрывчатых веществ [А.И.Лямкин, Е.А.Петров, А.П.Ершов, Г.В.Сакович, А.М.Ставер, В.М.Титов. Докл. АН, 1988. 302, 611]. Несмотря на высокую производительность такого способа получаемый продукт - детонационная сажа или углерод содержит различные структуры и формы углерода, среди которых содержание алмазной фазы составляет лишь 35-45 мас.%. Более того, в зависимости от технологии получения [O.A.Shenderova V.V.Zhirnov D.W.Brenner. Carbon nanostructures. In Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2002. 27. 3/4 / P.227-356; В.Ю.Долматов. Ультрадиспесные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение. Успехи химии. 2001, 70, 7. 687-708], в детонационной саже могут содержаться сорбированные примеси в виде металлов, оксидов и карбидов.
Для выделения алмазной фазы или УДА исходную шихту, как правило, обрабатывают жидкими или газообразных окислителями. В качестве жидких окислителей используют смеси серной и азотной кислот, сернистый и хромовый ангидрид [В.Ю.Долматов. Ультрадиспесные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение. Успехи химии. 2001, 70, 7. 687-708]. Кислород и озон применяются также в качестве газообразного термоокислителя. В практике наибольшее применение получил метод обработки шихты с использованием концентрированной азотной кислоты в термобарических условиях - в автоклаве при повышенном давлении и температуре. Такой метод позволяет окислять неалмазный углерод и удалять металлы, их окислы и некоторые другие примеси. Очищенный таким методом порошок может содержать до 90-97 мас.% различных форм наноалмазов и 3-10 мас.% неалмазного углерода, и других примесей.
К основным недостаткам известных методов химической и механической очистки с использованием сильных кислот и окислителей следует отнести выделение большого количества агрессивных отходов, а также окисление самой алмазной фазы.
Известен способ удаления неалмазного углерода [РФ №2132816, C01B 31/06, B01J 3/04, 10.07.99], в котором очистка алмазосодержащей шихты проводится при ее нагреве до температуры 320-400°С с нитратом калия в течение 30 мин. Недостатком такого способа очистки является наличие в обработанном образце оксида калия (температура плавления которого 740°С), являющегося продуктом разложения нитрата калия.
Известен способ выделения ультрадисперсных алмазов, принятый нами за прототип [РФ №2109683, C01B 31/06, 27.04.1998], в котором очистка алмазосодержащей шихты от различных примесей и выделение ультрадисперсных алмазов осуществляется в результате двухстадийной обработки водным раствором азотной кислоты при высоких температурах и давлениях.
К главному недостатку прототипа следует отнести применение сильных кислот и, как следствие, наличие вредных отходов в виде кислот.
Предлагаемое изобретение решает задачу эффективного удаления неалмазных фаз углерода и обработки детонационного углерода без применения и образования вредных, токсичных соединений и веществ.
Технический результат - модификация поверхности наночастиц конденсированной углеродной фазы, содержащей ультрадисперсные алмазы, удаление и разложение неалмазных углеродных структур, создание экологически чистой безотходной технологии.
Задача решается двумя вариантами способа обработки детонационного углерода.
По первому варианту обработку детонационного углерода осуществляют в сверхкритической воде (СКВ).
По второму варианту обработку детонационного углерода осуществляют в сверхкритической воде (СКВ) с добавлением пероксида водорода.
Многие вещества в сверхкритическом состоянии являются эффективной реакционной средой для различных химических превращений и проявляют необычные свойства, что дает возможность при вариации температуры, давления и времени пребывания с высокой скоростью проводить химические реакции. Среди сверхкритических растворителей наибольшее внимание исследователей уделяется воде (Ркр=22 МПа, Ткр≈374°С) в связи с тем, что сверхкритическая вода - СКВ - это многокомпонентная среда, состоящая как из слабовзаимодействующих полярных молекул H2O, так и наночастиц конденсированной фазы - нейтральных и заряженных кластеров (H2O)n, H+(H2O)i, OH-(H2O)j. Свойства сверхкритического флюида воды зависят от плотности, температуры, состава и концентрации примесей, а также могут меняться при внешнем воздействии, например, силовых полей, гидродинамических возмущений. Константа диссоциации воды вблизи критической точки в три раза больше константы для воды в ее нормальном состоянии и, следовательно, вблизи критической точки имеется значительно большая концентрация ионов H3O+ и OH-, чем для воды в ее нормальных или докритических условиях. Следовательно, вода в этом состоянии может проявлять свойства кислотного и основного катализа. Но, следует еще подчеркнуть, что такие свойства сохраняются только вблизи критической точки. Среди химических реакций, осуществляемых в СКФ, наибольшее практическое применение сегодня находят окислительные реакции, проводимые в сверхкритической воде.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Обработка образцов детонационного углерода в сверхкритической воде.
В реактор-автоклав объемом 45 см3 с электроподогревом и перемешиванием помещают образец шихты с водой и нагревают при перемешивании до температуры эксперимента 390°С (+/-5), давления - 285(+/-5) атм. После установления температуры и давления, соответствующей переходу воды в сверхкритическое состояние, процесс продолжают от 4 до 6 ч. После охлаждения реактора измеряют давление и газовый объем продуктов реакции, причем последний увеличивается по сравнению с исходным в 1.5-2 раза, что свидетельствует об окислении углеродсодержащей фазы. Около
80 об.% образовавшихся газов составляет CO2, кроме того, в продуктах реакции наблюдается некоторое количество CO, CH4, H2. Наблюдается потеря массы исходной шихты, что свидетельствует о существенном окислении углеродной составляющей шихты при проведении процесса в СКВ.
Исследования твердой фазы до и после обработки в СКВ проводят методами электронной (HRTEM), (SEM) микроскопии, а также методом рентгено-фазового анализа (XRD). С использованием хроматографии анализируют состав образовавшихся газовых продуктов реакции, измеряют также их объем.
Результаты рентгенофазового анализа
Анализ дифракционных спектров обработанных в СКВ образцов показывает, что отношение интегральных интенсивностей пиков (ID/IG) для этого типа обработки зависит от времени процесса и увеличивается от начального значения 0.8 до величины 1.1-1.3.
Результаты HRTEM анализа.
На Фиг.1 представлены HRTEM снимки детонационного углерода после обработки в СКВ. Сравнение снимков шихты исходного образца детонационного углерода со снимками, полученными после обработки в сверхкритической воде (Фиг.1), демонстрируют значительное отличие последних. Во-первых, значительно уменьшилось количество аморфной фазы углерода, во-вторых, увеличилась концентрация углерода кубической модификации.
Пример 2. Обработка образцов детонационного углерода в сверхкритической воде в присутствии перекиси водорода.
В реактор-автоклав объемом 45 см3 помещают образец шихты с водой и нагревают при перемешивании до температуры 300°С, затем при помощи шприцевого насоса вводят в реактор под давлением 30% водный раствор перекиси водорода в количестве, обеспечивающем стехиометрическое соотношение кислорода, образовавшегося в результате разложения перекиси водорода (на один моль H2O2 - 0.5 моля O2), с неалмазным углеродом, содержащемся в исходном образце шихты.
После установления стационарной температуры 390°С (+/-5) и давления -285(+/-5) атм процесс продолжают от 4 до 6 ч. Обработанный в СКВ в присутствии кислорода, образовавшегося при разложении перекиси водорода, образец детонационного углерода изменяет цвет с черного на серый. Объем выделившегося газа с учетом не вступившего в реакцию кислорода превышает более чем в 8 раз начальный свободный объем реактора.
Результаты рентгенофазового анализа.
Отношения интегральных интенсивностей для обработанных в СКВ в присутствии кислорода образцов детонационного углерода значительно изменяются в сторону увеличения доли алмаза и равняются для образцов ID/IG=1.35-1.86, что соответствует 65-75 мас.% алмазной фазы.
Результаты HRTEM анализа.
На Фиг.2 представлены HRTEM снимки детонационного углерода после обработки в СКВ в присутствие продуктов разложения перекиси водорода. Анализ HRTEM снимков образцов детонационного углерода после его обработки в сверхкритической воде с участием продуктов разложения перекиси водорода показал, во-первых, высокую степень очистки. Фиг.2, во-вторых, практическое отсутствие аморфной фазы углерода и углерода луковичной структуры и, в-третьих, размер алмазного ядра не изменяется, т.е. алмазная фаза не окисляется.
Примеры демонстрируют, что наиболее сильное превращение неалмазной фазы углерода наблюдается при обработке шихты в СКВ, содержащей продукты разложения перекиси водорода. Установлено, что при обработке детонационного углерода в сверхкритических водных растворителях не происходит окисление алмазного ядра.
Как видно из текста и примеров, изобретение решает задачу модификации поверхности наночастиц конденсированной углеродной фазы, содержащей ультрадисперсные алмазы, удалению и разложению неалмазных структур, создания экологически чистой безотходной технологии.
Claims (2)
1. Способ обработки детонационного углерода, отличающийся тем, что его обработку осуществляют в сверхкритической воде.
2. Способ обработки детонационного углерода, отличающийся тем, что его обработку осуществляют в сверхкритической воде с добавлением пероксида водорода.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008118608/15A RU2372285C1 (ru) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Способ обработки детонационного углерода (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008118608/15A RU2372285C1 (ru) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Способ обработки детонационного углерода (варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2372285C1 true RU2372285C1 (ru) | 2009-11-10 |
Family
ID=41354670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008118608/15A RU2372285C1 (ru) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Способ обработки детонационного углерода (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2372285C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452686C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СКН" | Устройство для очистки и модификации наноалмаза |
-
2008
- 2008-05-12 RU RU2008118608/15A patent/RU2372285C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВЕРЕЩАГИН А.Л. Детонационные наноалмазы. - Барнаул, 2001, с.43. ДОЛМАТОВ В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение. - Успехи химии, 2001, т.70, №7, с.689. ЕРЕМЕНКО А.Н. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: химическая очистка и физико-химические свойства. Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение. Материалы Всероссийской научно-технической конференции 23-24 октября 2003. - Красноярск, 2003, с.102. ГАЛКИН А.А., ЛУНИН В.В. Вода в суб- и сверхкритическом состояниях - универсальная среда для осуществления химических реакций. - Успехи химии, 2005, т.74, №1, с.24-40. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452686C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СКН" | Устройство для очистки и модификации наноалмаза |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102395475B1 (ko) | 산화흑연 및 환원된 산화그래핀의 제조를 위한 방법 및 장치 | |
| KR101147259B1 (ko) | 탄소나노튜브의 연속적인 정제 방법 및 장치 | |
| US9975793B2 (en) | Removing carbon nanotubes from a water system | |
| Vargeese et al. | Kinetics and mechanism of hydrothermally prepared copper oxide nanorod catalyzed decomposition of ammonium nitrate | |
| CN100500560C (zh) | 一种超细金刚石的提纯方法 | |
| JPH0812310A (ja) | 液相におけるカーボン・ナノチューブの精製・開口方法および官能基の導入方法 | |
| JP4944923B2 (ja) | カーボンナノチューブの連続的な表面処理方法及び装置 | |
| JP2005532897A (ja) | 微細な金属酸化物粒子の製造方法 | |
| CN106587046B (zh) | 一种人造金刚石的提纯方法 | |
| US20150225243A1 (en) | Process for purification of carbon nanotubes | |
| US20190134585A1 (en) | Synthesis of oxygen and boron trihalogenide functionalized two-dimensional layered materials in pressurized medium | |
| JP3755662B2 (ja) | カーボンナノチューブの製造方法 | |
| KR20060127408A (ko) | 난융 산화물 지지체 상부에 형성된 탄소나노튜브의 정제방법 | |
| Chong et al. | Simplified production of graphene oxide assisted by high shear exfoliation of graphite with controlled oxidation | |
| Lin et al. | Enhanced reactivity of nanoscale zero-valent iron prepared by a rotating packed bed with blade packings | |
| RU2372285C1 (ru) | Способ обработки детонационного углерода (варианты) | |
| Ali et al. | Noble metal free catalyst with High activity and stability for catalytic wet air oxidation of N, N-dimethylformamide | |
| Wang et al. | Preparation and catalytic properties of Ag/CuO nano-composites via a new method | |
| Ingale et al. | A novel way to treat refractory waste: sonication followed by wet oxidation (SONIWO) | |
| CN109589971B (zh) | 一种利用C-MnO2复合材料去除水中全氟辛酸的方法 | |
| US10987531B2 (en) | Method for stabilizing metallic mercury | |
| Ghuge et al. | Degradation of azo dye in ozonation by noble metal supported mesoporous catalyst | |
| JP2015020940A (ja) | 過酸化水素合成方法 | |
| Ren et al. | Effective hydrodechlorination of 4-chlorophenol catalysed by magnetic palladium/reduced graphene oxide under mild conditions | |
| Tokuda et al. | Crystal growth of ZnO microneedles in water containing microbubbles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100513 |