RU2653824C1 - Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления - Google Patents

Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2653824C1
RU2653824C1 RU2017110533A RU2017110533A RU2653824C1 RU 2653824 C1 RU2653824 C1 RU 2653824C1 RU 2017110533 A RU2017110533 A RU 2017110533A RU 2017110533 A RU2017110533 A RU 2017110533A RU 2653824 C1 RU2653824 C1 RU 2653824C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lithium carbonate
stage
electrostatic precipitator
carried out
mixture
Prior art date
Application number
RU2017110533A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Витальевич Дмитриев
Елена Владимировна Владимирова
Михаил Васильевич Кандауров
Данил Евгеньевич Подгорбунских
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2017110533A priority Critical patent/RU2653824C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2653824C1 publication Critical patent/RU2653824C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/0018Mixed oxides or hydroxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/14Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/14Methods for preparing oxides or hydroxides in general
    • C01B13/18Methods for preparing oxides or hydroxides in general by thermal decomposition of compounds, e.g. of salts or hydroxides
    • C01B13/185Preparing mixtures of oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01DCOMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D15/00Lithium compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F17/00Compounds of rare earth metals
    • C01F17/30Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G29/00Compounds of bismuth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G45/00Compounds of manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/0018Mixed oxides or hydroxides
    • C01G49/0027Mixed oxides or hydroxides containing one alkali metal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/0018Mixed oxides or hydroxides
    • C01G49/0054Mixed oxides or hydroxides containing one rare earth metal, yttrium or scandium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/0018Mixed oxides or hydroxides
    • C01G49/0072Mixed oxides or hydroxides containing manganese

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения наноструктурированных порошков ферритов включает получение смеси соли азотной кислоты и по крайней мере одного оксидного соединения металла, ультразвуковую обработку, термообработку и фильтрацию. Получают смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий, или карбоната лития при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития равном (2-10):(1-5). Альтернативно может быть получена смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, иттрий, или карбоната лития в винной кислоте или этиленгликоле при мольном соотношении азотнокислое железо: оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль равном (2-10):(1-5):(4-12). Ультразвуковую обработку осуществляют с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт в течение 4 часов в токе воздуха, который подают со скоростью 0,014-0,15 м/с. Термообработку осуществляют в три стадии: при 300-350°С на первой стадии; при 700-900°С на второй стадии и при 120-150°С на третьей стадии. Фильтрацию осуществляют с использованием электрофильтра, на коронирующий электрод которого подают напряжение 6-9 кВ. Установка для получения наноструктурированных порошков ферритов содержит емкость для исходного раствора, термохимический реактор, корпус которого снабжен четырьмя нагревателями, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха и электрофильтр, снабженный осадительным и коронирующим электродами. Корпус реактора выполнен в виде трубчатой печи. В качестве побудителя расхода воздуха использован компрессор, связанный через регулятор давления и игольчатый вентиль с ультразвуковым распылителем. Изобретение позволяет получить наноструктурированные порошки ферритов с высокоразвитой пористой поверхностью и частицами, имеющими форму сферы. 2 н.п. ф-лы, 12 ил., 5 пр.

Description

Изобретение относится к области получения порошков сложных оксидов металлов, в частности ферритов, и может быть использовано в химической промышленности.
Известен способ получения ферритов, в котором исходные компоненты смешивают, подвергают помолу и проводят механическую активацию смеси в энергонапряженном аппарате в течение не менее 10 минут, полученную смесь брикетируют, нагревают с помощью облучения проникающим электронным пучком до температуры синтеза, выдерживают при данной температуре под облучением при одновременном воздействие ультразвука частотой от 15 до 25 кГц и охлаждают (патент RU 2507031, МПК B22F 3/087; B22F 1/00; С04В 35/26, 2014 год).
Однако известный способ имеет ряд недостатков, во-первых, использование механоактивации может привести к загрязнению реакционной смеси материалом барабанов и мелющих тел; во-вторых, механическое смешивание исходных компонентов в виде сухих порошков может привести к неравномерному распределению и нарушению стехиометрии в получаемом продукте. Кроме того, способ не обеспечивает получения наноразмерных порошков.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения пористого нанопорошка феррита висмута, согласно которому соль железа, соль висмута и кислоту смешивают с деионизированной водой с перемешиванием до полного растворения компонентов, затем получают раствор щелочи в деионизированной воде при перемешивании, в полученный раствор по каплям добавляют раствор соли железа, соли висмута и кислоты, после чего полученный продукт подвергают промывке и центрифугированию, в результате которых получают золь BiFeO3, который смешивают с деионизированной водой и подвергают ультразвуковому диспергированию, затем добавляют органический растворитель и сублимируемое соединение в качестве матрицы, сольвотермическую реакцию проводят в водном органическом растворителе, продукт подвергают дистилляции, обжигу, охлаждению, шлифованию, промывке, фильтрованию, сушке и измельчению (патент CN 105521789; МПК B01J 23/843, B01J 35/10, B82Y 30/00, B82Y 40/00, C01G 49/00; 2016 год) (прототип).
Недостатком известного способа является многостадийность процесса за счет использования многократных стадий промывки и центрифугирования, что затрудняет масштабирование процесса до промышленных объемов. Кроме того, способ не позволяет получить ферриты в виде наноструктурированных сферических агломератов.
Известна также установка для получения оксидов металлов, содержащая емкость для исходного раствора, выполненный в виде аппарата вытеснения термохимический реактор, корпус которого снабжен нагревателем, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха, выполненным в виде нагнетающего аппарата или вакуум-насоса, промывной скруббер и систему сухого пылеулавливания, которая может быть выполнена в виде электрофильтра и размещена непосредственно после термохимического реактора (патент RU 2362739, МПК C01G 1/02, 2009 год) (прототип). Способ позволяет получать нано- и ультраразмрные порошки сложных оксидов.
Однако способ не позволяет получать объемные наноструктурированные материалы, в частности порошки с пористой поверхностью.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения сложных оксидов металлов, а именно ферритов металлов, обеспечивающий получение наноструктурированных порошков с высоко развитой пористой поверхностью.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения наноструктурированных порошков ферритов, включающем получение исходной смеси соли азотной кислоты и по крайней мере одного оксидного соединения соответствующих металлов необязательно в органической жидкости, ультразвуковую обработку, термообработку и фильтрацию, в котором получают смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий или карбоната лития, при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития, равном 2÷10:1÷5, или смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, иттрий, или карбоната лития в винной кислоте или этиленгликоле при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль, равном 2÷10:1÷5:4÷12, ультразвуковую обработку осуществляют с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт в течение 4 часов в токе воздуха, который подают со скоростью 0,014÷0,15 м/с, термообработку осуществляют в три стадии: при 300-350°С на первой стадии; при 700-900°С на второй стадии и при 120-150°С на третьей стадии, при этом фильтрацию осуществляют с использованием электрофильтра, на коронирующий электрод которого подают напряжение 6-9 КВ.
Поставленная задача также решена в установке для получения наноструктурированных порошков ферритов, содержащей емкость для исходного раствора, термохимический реактор, корпус которого снабжен по крайней мере одним нагревателем, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха и электрофильтр, снабженный осадительным и коронирующем электродами, в которой корпус реактора, выполненного в виде трубчатой печи, снабжен четырьмя нагревателями, расположенными последовательно по центральной оси корпуса, в качестве побудителя расхода воздуха использован компрессор, связанный через регулятор давления и игольчатый вентиль с ультразвуковым распылителем, электрофильтр дополнительно снабжен нагревателем и выполнен в виде кварцевой трубки, при этом осадительный электрод выполнен из титановой фольги, расположенной по внутреннему периметру кварцевой трубки, а коронирующий электрод выполнен в виде трубки из сетки с шагом 1 мм из нержавеющей стали, на которой закреплены штыри из нержавеющей стали, расположенные по три с шагом 10 мм.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения ферритов, в котором получают смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий, или карбоната лития необязательно в винной кислоте или этиленгликоле, ультразвуковую обработку осуществляют с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт в течение 4 часов в токе воздуха, который подают со скоростью 0,014÷0,15 м/с, термообработку осуществляют в три стадии: при 300-350°С на первой стадии; при 700-900°С на второй стадии и при 120-150°С на третьей стадии, при этом на коронирующий электрод электрофильтра подают напряжение 6-9 кВ. Не известна также конструкция установки для осуществления предлагаемого способа.
При разработке предлагаемого способа получения наноструктурированных порошков ферритов авторы учитывали результаты современных исследований, подтверждающих, что изменение морфологии является действенным способом управления функциональными характеристиками наноматериалов, а также влияет на их биосовместимость, поскольку является, по сути, отражением результата эволюции (трансформации) поверхности (границы раздела сред) в процессе получения материала. Морфологическое разнообразие в наибольшей степени важно именно для наноматериалов, поскольку они характеризуются, как правило, большой долей поверхностных атомов, предопределяющих особенности физико-химических свойств. С другой стороны, большинство наноматериалов является термодинамически неравновесными, поэтому неравновесная (отличная от формы монокристалла данного вещества) морфология является отражением метастабильности наноматериалов, то есть нахождения системы в локальном минимуме свободной энергии. Таким образом, возможности применения нанопорошков могут быть значительно расширены за счет получения порошков, характеризующихся различными морфологиями, в частности наноструктурированных порошков, имеющих форму сферы с сильно развитой пористой поверхностью, которые могут быть получены предлагаемым способом с использованием установки предлагаемой конструкции. Экспериментальным путем авторами были выявлены необходимые условия получения с учетом того, что образование конкретной наноструктуры зависит от двух процессов: испарение органической жидкости, в среде которой осуществляют ультразвуковую обработку, и уменьшение размеров капли аэрозоля, с одной стороны, и диффузия целевого компонента, стремящаяся выровнять концентрацию целевого компонента в оставшемся объеме капли аэрозоля. Как показали исследования, проведенные авторами, если скорость испарения и, как следствие, уменьшение размеров капли сравнимо с диффузией выравнивающей концентрацию, получают плотные агломераты наноразмерной величины. Если испарение намного больше процессов диффузии, на поверхности возникает пересыщенный раствор, что в конечном итоге приводит к образованию полых или пористых структур. При этом необходимо соблюдение следующих условий: контроль скорости прохождения частиц аэрозоля через реактор, обеспечение равномерности распределения температуры по длине реактора, система поддержания оптимальной работы электрофильтра и отвода конденсата.
Задача предлагаемого технического решения - формирование наноструктурированных порошков сложных оксидов металлов (ферритов) в виде сфер, полых или с пористой поверхностью, решена, во-первых, системой контроля и регулирования объемного расхода несущего газа, в качестве которого используют воздух. При этом уменьшение скорости менее 0,014 м/с ведет к формированию плотноупакованных частиц порошка, и как следствие, отсутствие пористости. Увеличение скорости более 0,15 м/с не позволяет получить однофазный продукт. На фиг. 1 и 2 приведены магнитные характеристики полученных порошков (коэрцитивная сила на фиг. 1 и намагниченность на фиг. 2.) в зависимости от скорости движения частиц в реакторе. Характерной особенностью проявления магнитных свойств нанокристаллов является изменение намагниченности и коэрцитивной силы с уменьшением их размера. Это явление связано с увеличением числа магнитных ионов на поверхности. Поэтому было выдвинуто предположение, что образцы с большей намагниченностью обладают более развитой поверхностью. Для объяснения магнитных свойств дополнительно были проведены измерения площади поверхности частиц. Установлено, что образцы синтезированные на скорости 0,014 м/с имеют суммарную площадь с учетом площади пор 2,686 м2/г и в тоже время обладают наименьшей намагниченностью 0,042 emu/г. Образцы полученные при скорости потока несущего газа 0,15 м/с обладают суммарной поверхностью 4,13 м2/г и намагниченностью 1,28 emu/г.
Результаты эксперимента свидетельствуют, что поставленная задача решена путем использования разработанных авторами условий проведения процесса. Во-первых, ведением термообработки в несколько этапов, два из которых проводят в термохимическом реакторе, выполненном в виде трубчатой печи, разделенном на четыре зоны. Первая зона обеспечивает первичное испарение органической жидкости; вторая, третья и четвертая зоны, имея одинаковый температурный режим, обеспечивают равномерность распределения температуры по длине реактора. При этом снижение температуры ниже 300°С на первой стадии обусловливает неполное испарение растворителя, что способствует продолжению процессов коалисценции, что увеличивает средний размер частиц порошка. При повышении температуры выше 350°С для получения порошков с различной наноструктурой приходится значительно увеличивать скорость потока несущего газа в результате частицы порошка слишком быстро проходят высокотемпературную печь и синтез не проходит до конца. Понижение температуры ниже 700°С на второй стадии не позволяет получить однофазные образцы. Повышение температуры выше 900°С приводит к плавлению получаемого продукта. Во-вторых, с учетом того, что и малые потоки несущего газа обеспечивают получение наноструктурированных частиц, соблюдением особых требований к электрофильтру путем применения трубчатого электрофильтра с системой автоматического поддержания оптимального напряжения коронного разряда. Для того, чтобы частицы порошка не уносились конденсатом, электрофильтр снабжен электронагревателем 6. В такой схеме конденсация паров начинается после удаления частиц порошка из потока несущего газа. При этом снижение температуры ниже 120°С ведет к конденсации паров воды и кислот на электродах и частицах порошка и не позволяет получить сухой порошок пригодный без дополнительных методов промывки и просушки. Повышение температуры выше 150°С ведет к излишним энергетическим затратам. При работе электрофильтра необходимо учитывать, что при улавливании хорошо проводящих частиц порошка их слой, оседающий на электроде, получает заряд с тем же знаком и отталкивается в поток газа. При этом какая-то часть порошка из электрофильтра может быть просто вынесена. В случае если частицы порошка не проводимы, они прижимаются силой электрического поля к электроду и образуют на нем плотный слой. Осевший на электродах слой порошка, который заряжен отрицательно, начинает отталкивать приближающиеся к нему частицы с тем же знаком, то есть он противодействует основному электрополю. Таким образом, для заряда частиц необходимо ионизировать газ. В предлагаемом способе самостоятельную ионизацию осуществляют путем приложения на электроды высокого постоянного напряжения в диапазоне 6-9 кВ. При ионизации предлагаемым способом слой газа пробивает лишь на некотором отрезке расстояния между двумя электродами. Необходимо чтобы часть газа оставалась непробитой и служила изоляцией, которая бы предохраняла электроды от короткого замыкания и возникновения искры между ними. Авторами экспериментально создана такая конструкция, обеспечивающая необходимую изоляцию. В предлагаемой конструкции корпус электрофильтра выполнен в виде кварцевой трубки. Осадительный электрод выполнен из титановой фольги, расположенной по внутреннему периметру кварцевой трубки. Запитывающий провод крепится в нижней части болтом из нержавеющей стали и выводится наружу. При необходимости извлечения полученного порошка осадительный электрод легко достается из кварцевой трубки. Коронирующий электрод закреплен в центре и выполнен в виде трубки из сетки с шагом 1 мм из нержавеющей стали и является жестким каркасом крепления коронирующих точек и в тоже время создает существенную неоднородность электрического поля. Коронирующие точки выполнены в виде штырей из нержавеющей проволоки, которые выходят из сетчатой трубки в сторону осадительного электрода.
Авторами установлено, что скорость испарения раствора в реакторе на первой стадии термообработки зависит от используемой органической жидкости. В качестве прекурсора используют раствор нитрата и раствор винной кислоты или этиленгликоль. Использование добавок в виде винной кислоты и этиленгликоля приводит к образованию сложных комплексов и увеличивает температуру испарения, что в свою очередь приводит к появлению пор. При этом при выходе за пределы предлагаемого соотношения железо азотнокислое : оксид металла или карбонат лития не образуется соединения заданного состава. При мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль меньше 4 не образуются органические комплексы, что не приводит в увеличению пористости и частицы получаются такие же, как и без использования органической добавки. При соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль больше 12 раствор становится слишком вязким и аэрозоль не образуется.
На фиг. 3 изображена установка для получения наноструктурированных порошков ферритов предлагаемым способом. Установка содержит термохимический реактор (1), выполненный в виде трубчатой печи, в которой последовательно по центральной оси расположены нагреватели (2, 3, 4, 5). Блок (18) обеспечивает независимое управление и контроль температурных режимов всех печей. Нагреватель (6) соединен с электрофильтром (9), состоящим из осадительного электрода (10) и коронирующего электрода (11). В нижней части электрофильтра (9) расположен бункер для сбора порошка (12). Электрофильтр соединен с гидродозатором (13), управляемым источником высокого напряжения (19) и системой поддержания оптимального напряжения (20). Емкость для исходного раствора (17) через дозирующий клапан (22) соединена с камерой ультразвукового распылителя (7), который соединен с компрессором (14) через регулятор давления (15), игольчатый вентиль (21) и расходомер (16) и генератором с частотой 1,7 МГц (8).
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.
Исходный раствор, содержащий смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий, или карбоната лития необязательно в винной кислоте или этиленгликоле при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития: винная кислота или этиленгликоль, равном 2÷10:1÷5:4÷12, подают в емкость (17), из которой раствор через дозирующий клапан (22) подают в емкость ультразвукового распылителя (7). Ультразвуковой распылитель подключен к генератору (8) с частотой 1.7 МГц и мощностью 20 Вт. В камеру ультразвукового распылителя (7) через регулятор давления (15), игольчатый вентиль (21) и расходомер (16) подают компрессором (14) воздух со скоростью 0,014÷0,15 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. При изменении скорости потока изменяется производительность, так при скорости 0,014 м/с поток аэрозоля составляет 0,0013 г/мин, при скорости 0,15 м/с - 0,179 г/мин. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1), содержащую четыре независимых нагревателей (2, 3, 4, 5). Нагреватель (2) обеспечивает испарение жидкости из капель аэрозоля при температуре 300-350°С, нагреватели (3, 4 и 5) обеспечивают прохождение реакции и получение порошка сложных оксидов. Блок (18) обеспечивает независимое управление и контроль температурных режимов всех нагревателей. Продукт через нагреватель (6), который предотвращает конденсацию паров в электрофильтре (9), поступает в электрофильтр (9) и затем в бункер для сбора порошка (12). Очищенный поток воздуха от порошка вместе с конденсатом поступает в гидрозатвор (13). Запитку электрофильтра производят от управляемого источника высокого напряжения (19) и системы поддержания оптимального напряжения (20). Полученный порошок подвергали рентгенофазовому анализу. Форму и размеры частиц определяли методом сканирующей электронной микроскопии (РЭМ JEOLJSM 6390 с энергодисперсным анализатором JED2100).
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Берут 1,7138 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 0,2009 г. оксида марганца MnO2 марки хч и 7,7051 г оксида висмута Bi2O3 (хч) и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. Берут 14,6854 г сухой винной кислоты марки хч и растворяют ее в горячей дистиллированной воде. Полученные растворы сливают, получают мольное соотношение азотнокислое железо : (оксид марганца + оксид висмута) : винная кислота, равное 2:3,5:5,2, и перемешивают в течение 2 часов при температуре 100°С. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 8,591*10-7 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,014 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 300°С, температура второй стадии - 750°С, температура третьей стадии - 150°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).
Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом BiFe0,93Mn0,07O3 со структурой перовскита (см. фиг. 4). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм с порами 150 нм и удельной поверхностью 2,686 м2/г. (см. фиг. 5).
Пример 2. Берут 1,7138 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 0,0835 г. оксида марганца MnO2 марки хч и 7,7335 г оксида висмута Bi2O3 (хч) и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. Полученный раствор разбавляют дистиллированной водой до 200 мл и получают соотношение соотношении азотнокислое железо : (оксид марганца + оксид висмута), равном 2:3,7. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 6,87*10-6 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,108 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 300°С, температура второй стадии - 750°С, температура третьей стадии - 150°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).
Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом BiFe0,97Mn0,03О3 со структурой перовскита (см. фиг. 6). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм и удельной поверхностью 3,14 м2/г., площадь пор 0,62 м2/г (см. фиг. 7).
Пример 3. Берут 1,7138 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 0,2009 г. оксида марганца MnO2 марки хч и 7,7051 г оксида висмута Bi2O3 (хч) и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. Берут 14,6854 г сухой винной кислоты и растворяют ее в горячей дистиллированной воде. Полученные растворы сливают, получают соотношение соотношении азотнокислое железо : (оксид марганца + оксид висмута) : винная кислота, равном 2:3,5:5,2, и перемешивают в течение 2 часов про температуре 100°С. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 6,87*10-6 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,108 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 300°С, температура второй стадии - 750°С, температура третьей стадии - 150°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).
Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом BiFe0,93Mn0,07O3 со структурой перовскита (см. фиг. 8). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм с порами 50 нм и удельной поверхностью 3,7 м2/г (см. фиг. 9).
Пример 4. Берут 13,9600 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 1,8475 г. карбоната лития Li2CO3 (осч) и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. К полученному раствору добавляют 17 мл этиленгликоля плотностью 1,114 г/мл, разбавляют дистиллированной водой до 200 мл и получают соотношение азотнокислое железо : оксид лития: этиленгликоль, равном 10:1:10. Раствор перемешивают в течение 2 часов при температуре 100°С. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 8,591*10-7 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,108 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 300°С, температура второй стадии - 750°С, температура третьей стадии - 150°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).
Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом LiFe5O8 со структурой перовскита (см. фиг. 10). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм и удельной поверхностью 6,55, площадь поверхности пор 5,64 м2/г (см. фиг. 11).
Пример 5. Берут 7,5330 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 9,1449 г оксида иттрия Y2O3 марки ИтО-И и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. К полученному раствору добавляют 7,5 мл этиленгликоля плотностью 1,114 г/мл, разбавляют дистиллированной водой до 200 мл и получают соотношение азотнокислое железо : оксид иттрия : этиленгликоль, равном 3:5:4. Раствор перемешивают в течение 2 часов при температуре 100°С. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 9,55*10-6 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,15 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 350°С, температура второй стадии - 900°С, температура третьей стадии - 120°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).
Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом Y3Fe5O12 со структурой граната (см. фиг. 12). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм и удельной поверхностью 24,3 м2/г и поверхность пор 6,55 м2/г.
Таким образом, авторами предлагается способ получения ферритов и установка для его осуществления, обеспечивающие получение наноструктурированных порошков с высоко развитой пористой поверхностью, имеющих форму сферы.

Claims (2)

1. Способ получения наноструктурированных порошков ферритов, включающий получение исходной смеси соли азотной кислоты и по крайней мере одного оксидного соединения соответствующих металлов необязательно в органической жидкости, ультразвуковую обработку, термообработку и фильтрацию, отличающийся тем, что получают смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий, или карбоната лития при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития равном 2÷10:1÷5, или смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, иттрий, или карбоната лития в винной кислоте или этиленгликоле при мольном соотношении азотнокислое железо: оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль равном 2÷10:1÷5:4÷12, ультразвуковую обработку осуществляют с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт в течение 4 часов в токе воздуха, который подают со скоростью 0,014÷0,15 м/с, термообработку осуществляют в три стадии: при 300-350°С на первой стадии; при 700-900°С на второй стадии и при 120-150°С на третьей стадии, при этом фильтрацию осуществляют с использованием электрофильтра, на коронирующий электрод которого подают напряжение 6-9 кВ.
2. Установка для получения наноструктурированных порошков ферритов по п. 1, содержащая емкость для исходного раствора, термохимический реактор, корпус которого снабжен по крайней мере одним нагревателем, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха и электрофильтр, снабженный осадительным и коронирующем электродами, отличающаяся тем, что корпус реактора, выполненного в виде трубчатой печи, снабжен четырьмя нагревателями, расположенными последовательно по центральной оси корпуса, в качестве побудителя расхода воздуха использован компрессор, связанный через регулятор давления и игольчатый вентиль с ультразвуковым распылителем, электрофильтр дополнительно снабжен нагревателем и выполнен в виде кварцевой трубки, при этом осадительный электрод выполнен из титановой фольги, расположенной по внутреннему периметру кварцевой трубки, а коронирующий электрод выполнен в виде трубки из сетки с шагом 1 мм из нержавеющей стали, на которой закреплены штыри из нержавеющей стали, расположенные по три с шагом 10 мм.
RU2017110533A 2017-03-30 2017-03-30 Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления RU2653824C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110533A RU2653824C1 (ru) 2017-03-30 2017-03-30 Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110533A RU2653824C1 (ru) 2017-03-30 2017-03-30 Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2653824C1 true RU2653824C1 (ru) 2018-05-14

Family

ID=62152892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017110533A RU2653824C1 (ru) 2017-03-30 2017-03-30 Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2653824C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2817713C1 (ru) * 2023-02-23 2024-04-18 Общество С Ограниченной Ответственностью "Альтаир-Спб" Способ изготовления литий-цинк-марганцевой ферритовой керамики

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1386611A1 (ru) * 1985-10-21 1988-04-07 Предприятие П/Я А-7125 Способ получени порошкообразного сложного оксида металлов
US5660773A (en) * 1993-09-27 1997-08-26 Alfred University Process for making ultra-fine yttrium-iron-garnet particles
RU2362739C1 (ru) * 2007-12-12 2009-07-27 ГОУ ВПО Уральский государственный университет им. А.М. Горького Установка для получения оксидов металлов
CN103818971A (zh) * 2014-03-12 2014-05-28 厦门大学 一种超顺磁性铁氧体纳米粒子的制备方法
CN105521789A (zh) * 2016-01-04 2016-04-27 南京林业大学 一种多孔纳米BiFeO3的制备方法
RU2611442C1 (ru) * 2015-12-29 2017-02-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ получения наноразмерных частиц гексаферрита бария

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1386611A1 (ru) * 1985-10-21 1988-04-07 Предприятие П/Я А-7125 Способ получени порошкообразного сложного оксида металлов
US5660773A (en) * 1993-09-27 1997-08-26 Alfred University Process for making ultra-fine yttrium-iron-garnet particles
RU2362739C1 (ru) * 2007-12-12 2009-07-27 ГОУ ВПО Уральский государственный университет им. А.М. Горького Установка для получения оксидов металлов
CN103818971A (zh) * 2014-03-12 2014-05-28 厦门大学 一种超顺磁性铁氧体纳米粒子的制备方法
RU2611442C1 (ru) * 2015-12-29 2017-02-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ получения наноразмерных частиц гексаферрита бария
CN105521789A (zh) * 2016-01-04 2016-04-27 南京林业大学 一种多孔纳米BiFeO3的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОИСКУ И ПО ОТБОРУ ПАТЕНТНЫХ ДОКУМЕНТОВ, ОТНОСЯЩИХСЯ К НАНОТЕХНОЛОГИЯМ, В ОТЕЧЕСТВЕННОМ ПАТЕНТНОМ ФОНДЕ, Москва, ФГУ ФИПС, 2009, с. 26. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2817713C1 (ru) * 2023-02-23 2024-04-18 Общество С Ограниченной Ответственностью "Альтаир-Спб" Способ изготовления литий-цинк-марганцевой ферритовой керамики
RU2819764C1 (ru) * 2023-10-03 2024-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук Способ получения однофазного железоиттриевого граната Y3Fe5O12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiang et al. Hydrothermal synthesis of β-ZnMoO4 crystals and their photocatalytic degradation of Victoria Blue R and phenol
US7238331B2 (en) Process for producing nano-powders and powders of nano-particle loose aggregate
KR100621675B1 (ko) 나노미터 그레이드 분말의 제조 방법
JPH0450105A (ja) 金属酸化物微粒子の製造方法
RU2437741C1 (ru) Способ получения нанодисперсных металлов в жидкой фазе
JP2009507751A (ja) 金属酸化物の表面に金属酸化物超微粒子をコートする方法、およびこれから製造されたコーティング体
Alhawi et al. Hydrothermal synthesis of zinc carbonate hydroxide nanoparticles
WO2003045842A1 (fr) Procede et appareil pour preparer de fines particules cristallines spheriques
RU2625981C1 (ru) Способ получения нанопорошков феррита кобальта и микрореактор для его реализации
Xia et al. Ti/ZnO–M x O y composites (M= Al, Cr, Fe, Ce): synthesis, characterization and application as highly efficient photocatalysts for hexachlorobenzene degradation
RU2653824C1 (ru) Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
RU2404125C2 (ru) Способ получения нанопорошка диоксида циркония
CN107585792A (zh) 二水合氯化亚铁固体的制备方法及二水合氯化亚铁固体
JP2001129389A (ja) 微粒子の製造方法及び膜の形成方法
RU2748446C2 (ru) Способ получения нанопорошков феррита висмута
Liu et al. Photocatalytic properties of SrTiO3 nanocubes synthesized through molten salt modified Pechini route
Horvath et al. Recycling of a wastewater to iron oxide micro structures
US5503372A (en) Nozzle for electric dispersion reactor
RU2696460C1 (ru) Способ получения наноразмерного оксида цинка
Lunge et al. Magnetic nanoparticle: synthesis and environmental applications
JP5219072B2 (ja) チタン酸金属塩粒子の製造方法
Santos et al. Influence of synthesis conditions on the properties of electrochemically synthesized BaTiO3 nanoparticles
RU2736287C1 (ru) Микрореактор с закрученными потоками растворов реагентов
Khaksarfard et al. Preparation of ceramic nanofibers of iron vanadate using electrospinning method
KR101166986B1 (ko) 질산은을 이용한 은분말 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200331