RU2755122C1 - Method for producing mesoporous carbon materials - Google Patents
Method for producing mesoporous carbon materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755122C1 RU2755122C1 RU2020131787A RU2020131787A RU2755122C1 RU 2755122 C1 RU2755122 C1 RU 2755122C1 RU 2020131787 A RU2020131787 A RU 2020131787A RU 2020131787 A RU2020131787 A RU 2020131787A RU 2755122 C1 RU2755122 C1 RU 2755122C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- implant
- consumable
- mesoporous carbon
- mesoporous
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/08—Silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в тех случаях, когда необходимо получить углеродные нано/микроструктуры с различной мезопористой и пространственной архитектурой. К ним можно отнести: нанотрубки, нановолокна, сферы и различные сочетания данных углеродных нано- и микрообъектов Мезопористые углеродные материалы представляют большой интерес в последние двадцать лет из-за их тонких оболочек в сочетании с нано-и микроразмерными порами, дающими ряд преимуществ. Благодаря низкой плотности, большого объема пор, большой удельной площади поверхности и хорошей биосовместимости, данные материалы могут использоваться как носители катализаторов, лекарств, для модификации различных материалов (металлов, пластмасс, бетонов и других композитов). Данные углеродные материалы повышают емкость целого ряда электрохимических источников тока.The invention relates to chemical technology and can be used in cases where it is necessary to obtain carbon nano / microstructures with different mesoporous and spatial architecture. These include: nanotubes, nanofibers, spheres, and various combinations of these carbon nano- and micro-objects.Mesoporous carbon materials have been of great interest in the last twenty years because of their thin shells in combination with nano- and micro-sized pores, which provide a number of advantages. Due to their low density, large pore volume, large specific surface area and good biocompatibility, these materials can be used as carriers for catalysts, drugs, for modifying various materials (metals, plastics, concrete and other composites). These carbon materials increase the capacity of a variety of electrochemical power sources.
Известен способ получения углеродных нанотрубок (RU № 2431600, МПК C01B 31/02, B82B 3/00, опубликовано 20.10.2011). По данному способу получение углеродных нанотрубок производят путем приведения в контакт смеси метана и водорода с катализатором, содержащим магний и кобальт, при повышенной температуре и времени контактирования катализатора и смеси указанных газов 10÷60 мин, а в качестве катализатора используют кобальтат магния Mg[CoO2]2, при этом контактирование катализатора и смеси метана и водорода состава 80÷95 об.% метана и 5÷20 об.% водорода проводят при температуре 650÷750°С.A known method for producing carbon nanotubes (RU No. 2431600, IPC C01B 31/02, B82B 3/00, published on 20.10.2011). According to this method, the production of carbon nanotubes is carried out by bringing a mixture of methane and hydrogen into contact with a catalyst containing magnesium and cobalt at an elevated temperature and contact time of the catalyst and the mixture of these gases 10 ÷ 60 min, and magnesium cobaltate Mg [CoO 2 ] 2 , while contacting the catalyst and a mixture of methane and hydrogen with a composition of 80–95 vol.% Methane and 5–20 vol.% Hydrogen is carried out at a temperature of 650–750 ° C.
Общими признаками заявляемого способа является то, что образование мезопористых углеродных структур получается при высокой температуре и больших энергозатратах. The general features of the proposed method is that the formation of mesoporous carbon structures is obtained at high temperatures and high energy consumption.
Недостаток аналога заключается в том, что данный способ энергозатратный, производится при высокой температуре (650÷750°С) с применением катализатора, не позволяет получать мезопористый углеродный материал другой морфологии. Главное отличие заявляемого способа от данного аналога то, что в заявляемом способе высокие энергозатраты уже произведены и не требуется каких-либо новых энергозатрат.The disadvantage of the analogue is that this method is energy-consuming, is produced at a high temperature (650 ÷ 750 ° C) with the use of a catalyst, does not allow to obtain a mesoporous carbon material of a different morphology. The main difference between the inventive method and this analogue is that in the inventive method, high energy costs have already been produced and no new energy costs are required.
Известен способ непрерывного получения углеродных нанотрубок (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009261400001512), позволяющий непрерывно синтезировать многостенные углеродные нанотрубки. В своей основной форме способ требует только источника питания постоянного тока, графитового электрода и контейнера с жидким азотом без необходимости использования насосов, уплотнений, вакуумных камер с водяным охлаждением или систем обработки продувочного газа. Высококачественные нанотрубки производятся с высоким выходом.There is a known method of continuous production of carbon nanotubes (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009261400001512), which allows continuously synthesizing multi-walled carbon nanotubes. In its basic form, the method requires only a DC power supply, a graphite electrode, and a container of liquid nitrogen without the need for pumps, seals, water-cooled vacuum chambers, or purge gas treatment systems. High quality nanotubes are produced with high yields.
Общими признаками заявляемого способа с данным аналогом является образование мезопористых углеродных структур при высокой температуре и при высоких энегозатратах. В аналоге образуются только углеродные нанотрубки, а в заявляемом — большой спектр модификаций мезопористных углеродных структур.The general features of the proposed method with this analogue is the formation of mesoporous carbon structures at high temperatures and at high energy costs. In the analogue, only carbon nanotubes are formed, and in the claimed one - a wide range of modifications of mesoporous carbon structures.
Недостаток данного способа заключается в том, что он энергозатратный, дающий только многослойные углеродные нанотрубки. Кроме того, по этому способу невозможно получение мезопористых углеродных материалов других модификаций.The disadvantage of this method is that it is energy-consuming, giving only multilayer carbon nanotubes. In addition, this method is impossible to obtain mesoporous carbon materials of other modifications.
Известен способ получения углеродных нанотрубок (RU № 2428370, МПК B82B 3/00, C01B 31/02, C25B 1/00, опубликовано 10.09.2011), включающий электролиз расплава хлоридных электролитов, причем электролит дополнительно содержит хлорид калия и карбонат лития, а в качестве источника углерода используют диоксид углерода, процесс проводят при температуре 700°С, под избыточным давлением (12-14)·105 Па, при плотности тока 3,0-7,0 А/см2. A known method for producing carbon nanotubes (RU No. 2428370, IPC B82B 3/00, C01B 31/02, C25B 1/00, published 09/10/2011), including electrolysis of a molten chloride electrolyte, and the electrolyte additionally contains potassium chloride and lithium carbonate, and in carbon dioxide is used as a carbon source, the process is carried out at a temperature of 700 ° C, under an overpressure of (12-14) · 10 5 Pa, at a current density of 3.0-7.0 A / cm 2 .
Общими признаками заявляемого способа с аналогом является большие энергозатраты при высоких температурах на образование углеродных мезопористых структур. В аналоге образуются только углеродные нанотрубки, а в заявляемом — углеродные мезопористые структуры целого ряда модификаций (сферы, углеродные нанотрубки, различные конгломераты углеродных мезопористых структур).The common features of the proposed method with an analogue are large energy consumption at high temperatures for the formation of carbon mesoporous structures. In the analogue, only carbon nanotubes are formed, and in the claimed one - carbon mesoporous structures of a number of modifications (spheres, carbon nanotubes, various conglomerates of carbon mesoporous structures).
Недостаток данного способа заключается в том, что он энергозатратный при сравнении с заявляемым способом, так как в заявляемом способе используются техногенные отходы, например, кремниевого производства – энергетические затраты на образование мезопористых углеродных структур уже выполнены. Кроме того, при данном способе не синтезируются мезопористые углеродные структуры других модификаций.The disadvantage of this method is that it is energy-intensive when compared with the claimed method, since the claimed method uses industrial waste, for example, silicon production - the energy costs for the formation of mesoporous carbon structures have already been completed. In addition, this method does not synthesize mesoporous carbon structures of other modifications.
Известен способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом (RU № 2427674, МПК D01F 9/127, опубликовано 27.08.2011), включающим пиролиз газообразных углеродсодержащих соединений на поверхности металлсодержащего пылевидного катализатора, осуществляемый в проточном реакторе, выполненном с возможностью перемешивания газовой среды, причем в качестве катализатора используют частицы аэросила, содержащие на поверхности кластеры металлов: никеля, кобальта или железа, полученных до начала пиролиза путем восстановления катализатора распыляемого в реакторе в токе водородсодержащего газа при одновременном перемешивании газовой среды, а при проведении пиролиза используют восстановленную форму катализатора, находящуюся в реакторе в распыленном состоянии. A known method of producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis (RU No. 2427674, IPC D01F 9/127, published on August 27, 2011), including pyrolysis of gaseous carbon-containing compounds on the surface of a metal-containing pulverized catalyst, carried out in a flow-through reactor made with the possibility of stirring a gaseous medium, and in Aerosil particles are used as a catalyst, containing metal clusters on the surface: nickel, cobalt or iron, obtained before the start of pyrolysis by reducing the catalyst sprayed in the reactor in a stream of hydrogen-containing gas while stirring the gaseous medium, and during pyrolysis, the reduced form of the catalyst in the reactor is used in a sprayed state.
Общими признаками заявляемого способа с аналогом является использования в качестве катализатора частиц диоксида кремния, на которых растут углеродные волокнистые структуры и большие энергозатраты.The common features of the proposed method with an analogue is the use of silicon dioxide particles as a catalyst, on which carbon fiber structures grow and high energy consumption.
Недостаток аналога заключается в том, что образование волокнистых углеродных структур происходит с большими энергетическими затратами при температуре (800°С). В заявляемом способе таких энергетических затрат нет, так как используются техногенные отходы. Энергозатраты на синтез углеродных мезопористых структур в заявляемом способе уже совершены.The disadvantage of the analogue is that the formation of fibrous carbon structures occurs with high energy costs at a temperature (800 ° C). In the claimed method, there are no such energy costs, since man-made waste is used. Energy consumption for the synthesis of carbon mesoporous structures in the claimed method has already been completed.
Известен способ получения мезопористых материалов, описанный в статье «Hollow-Structured Mesoporous Materials: Chemical Synthesis, Functionnalization and Applications» (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201305319), в котором осуществляется матричный (темплатный) синтез углеродных мезопористых материалов. В качестве темплата в данном способе выбраны нано- и микросферы Si02, которые в дальнейшем удаляются раствором Na2CO3, а также c помощью NaOH или НF. A known method for producing mesoporous materials, described in the article "Hollow-Structured Mesoporous Materials: Chemical Synthesis, Functionnalization and Applications" (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201305319), in which matrix ( template) synthesis of carbon mesoporous materials. As a template in the present method are selected nano- and microspheres Si0 2, which further removed the solution Na 2 CO 3, and c using NaOH or HF.
Общими признаками заявляемого способа с аналогом является использование в качестве темплата диоксида кремния для синтеза на его поверхности мезопористых углеродных структур, а так же использование для удаления темплата некоторого химического реагента. Для создания темплата и синтеза на его поверхности углеродных структур в аналоге осуществляются значительные энергозатраты, которые в заявляемом способе уже совершены.The general features of the proposed method with an analogue is the use of silicon dioxide as a template for the synthesis of mesoporous carbon structures on its surface, as well as the use of some chemical reagent to remove the template. To create a template and synthesize carbon structures on its surface in an analogue, significant energy consumption is carried out, which have already been completed in the claimed method.
Недостатком данного способа является жидкофазное травление, которое приводит при получении конечного сухого продукта к коагуляции углеродных структур. Конгломераты полученных углеродных структур трудно равномерно распределить в дальнейшем в различные композиты (бетон, металл, пластмассу, резину и т.п.).The disadvantage of this method is liquid-phase etching, which leads to coagulation of carbon structures when receiving the final dry product. It is difficult to evenly distribute the conglomerates of the obtained carbon structures in the future into various composites (concrete, metal, plastic, rubber, etc.).
За прототип принят способ получения полых углеродных сфер (US № 8419998, D01F 9/127, D01F 9/16, B82B 3/00, B01J 23/00, C01B 31/02, опубликовано 16.04.2013). The prototype is the method of producing hollow carbon spheres (US No. 8419998, D01F 9/127, D01F 9/16, B82B 3/00, B01J 23/00, C01B 31/02, published 04.16.2013).
Недостатки прототипа: во-первых, значительные затраты энергии на изготовление темплата, который потом удаляется; во-вторых, удаление темплата производится весьма опасными кислотой и щелочью;
в-третьих, удаление темплата производиться в жидкофазной среде, что при дальнейшей сушке приводит к образованию конгломератов углеродных частиц, которые трудно распределить в каком-либо композите; в-четвертых, получаются только нано- и микро размерные сферы без получения других мезопористых углеродных структур.Disadvantages of the prototype: firstly, significant energy consumption for the manufacture of the template, which is then removed; secondly, the removal of the template is carried out with very dangerous acids and alkalis;
thirdly, the removal of the template is carried out in a liquid-phase medium, which upon further drying leads to the formation of conglomerates of carbon particles, which are difficult to distribute in any composite; fourthly, only nano- and micro-sized spheres are obtained without obtaining other mesoporous carbon structures.
Технический результат заявляемого способа заключается в получении мезопористых углеродных структур (сфер, волокон, нанотрубок, их конгломератов и других углеродных структур) без энергозатратного изготовления темплата. Вместо темплата используются техногенные отходы, например, отходы кремниевого производства (пыль циклонов, рукавная пыль).The technical result of the proposed method consists in obtaining mesoporous carbon structures (spheres, fibers, nanotubes, their conglomerates and other carbon structures) without energy-intensive production of a template. Technogenic waste is used instead of a template, for example, silicon production waste (cyclone dust, bag dust).
Кроме того, способ осуществляется без применения плавиковой кислоты и щелочи - применяется твердофазная химическая реакция для удаления темплата (SiO2), которая происходит по следующим формулам:In addition, the method is carried out without the use of hydrofluoric acid and alkali - a solid-phase chemical reaction is used to remove the template (SiO 2 ), which occurs according to the following formulas:
SiO2 + 6 NH4F = (NH4)2SiF6 + 4 NH3 + 2 H2O,SiO 2 + 6 NH 4 F = (NH4) 2 SiF 6 + 4 NH 3 + 2 H 2 O,
SiO2+3NH4HF2 = (NH4)2SiF6+2H2O+NH3.SiO 2 + 3NH 4 HF 2 = (NH 4 ) 2 SiF 6 + 2H 2 O + NH 3 .
Твердофазная реакция происходит при температуре 350-400 °С, продукты травления темплата возгоняются, полученные мезопористые углеродные структуры не разрушаются.The solid-phase reaction occurs at a temperature of 350-400 ° C, the etching products of the template sublime, the resulting mesoporous carbon structures are not destroyed.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения мезопористых углеродных материалов, включающий обеспечение внутреннего расходуемого импланта, нанесение углерода на поверхность внутреннего расходуемого импланта для образования углеродной оболочки, удаление внутреннего расходуемого импланта для получения мезопористого углеродного материала, согласно изобретению, исходный расходуемый имплант является отходом кремниевого производства - пылью циклонов или рукавной пылью.The specified technical result is achieved in that the method of obtaining mesoporous carbon materials, including providing an internal consumable implant, applying carbon to the surface of the internal consumable implant to form a carbon shell, removing the internal consumable implant to obtain a mesoporous carbon material, according to the invention, the original consumable implant is silicon waste production - cyclone dust or bag dust.
Отличием от прототипа является то, что исходный расходуемый имплант является отходом кремниевого производства - пылью циклонов или рукавной пылью.The difference from the prototype is that the original consumable implant is a waste of silicon production - cyclone dust or bag dust.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».The presence of distinctive features allows us to conclude that the claimed invention meets the “novelty” condition of patentability.
Из уровня техники широко известно использование бифторида аммония в ряде областей человеческой деятельности (http://www.chempack.ru/ru/chemical-raw-materials/ammoniya-biftorid-ftorid.html), таких как стекольная промышленность, для травления и полирования стеклянных и хрустальных изделий, в черной и цветной металлургии. В теплоэнергетике для очистки от накипи и дезинфекции труб водяных бойлеров, систем подачи воды и генерации пара, в нефтяной отрасли, в химической промышленности, как антисептик (для сохранения кожи и древесины), для регулирования ферментации (вместо фтористоводородной кислоты), при покраске (как протрава). Бифторид аммония успешно заменяет традиционный, но более опасный и агрессивный реагент - плавиковую кислоту. Фторид аммония также можно применить для получения мезопористых углеродных материалов, но он более опасен и токсичен по сравнению с бифторидом аммония. It is widely known from the prior art to use ammonium bifluoride in a number of areas of human activity (http://www.chempack.ru/ru/chemical-raw-materials/ammoniya-biftorid-ftorid.html), such as the glass industry, for etching and polishing glass and crystal products, in ferrous and non-ferrous metallurgy. In the heat power industry for descaling and disinfection of pipes of water boilers, water supply systems and steam generation, in the oil industry, in the chemical industry, as an antiseptic (to preserve leather and wood), to regulate fermentation (instead of hydrofluoric acid), when painting (as mordant). Ammonium bifluoride successfully replaces the traditional, but more dangerous and aggressive reagent - hydrofluoric acid. Ammonium fluoride can also be used to produce mesoporous carbon materials, but it is more dangerous and toxic than ammonium bifluoride.
Из уровня техники не известно использование фторида аммония или бифторида аммония для травления диоксида кремния при получении мезопористых углеродных структур. Следовательно, заявляемый способ создает новой технический результат, выражающийся в получении мезопористых углеродных структур. Таким образом, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».The prior art does not know the use of ammonium fluoride or ammonium bifluoride for etching silicon dioxide in the preparation of mesoporous carbon structures. Consequently, the claimed method creates a new technical result, expressed in the production of mesoporous carbon structures. Thus, the claimed method meets the requirement of patentability "inventive step".
Предлагаемый способ поясняется графическими материалами фотографиями, полученными на просвечивающем (FEI Tecnai G2 F20) и на сканирующем (JEOL JIB-Z4500) электронных микроскопах.The proposed method is illustrated by graphic materials photographs obtained on transmission (FEI Tecnai G2 F20) and scanning (JEOL JIB-Z4500) electron microscopes.
На фиг.1 показана фотография на сканирующем электронном микроскопе плотноупакованных конгломератов углеродных нанотрубок типа «Таунит», образовавшихся после их обработки водой и просушки.Figure 1 shows a photograph on a scanning electron microscope of close-packed conglomerates of carbon nanotubes of the "Taunit" type, formed after their treatment with water and drying.
На фиг.2 показана фотография углеродных нанотрубок типа «Таунит» в сухом виде. Figure 2 shows a photograph of carbon nanotubes of the "Taunite" type in dry form.
На фиг.3 показана фотография нано шариками SiO2 рукавной пыли, покрытые углеродом. Шарики SiO2 пыли циклонов более крупные.Figure 3 shows a photograph of carbon-coated SiO 2 nano beads of bag dust. The SiO 2 balls of cyclone dust are larger.
На фиг.4 показана фотография углеродных нанотрубок в пыли циклонов кремниевого производства. Углеродные нанотрубки образуют конгломераты со сферами SiO2. Содержание углерода в таких конгломератах составляет порядка 65%..Figure 4 shows a photograph of carbon nanotubes in the dust of silicon production cyclones. Carbon nanotubes form conglomerates with SiO 2 spheres. The carbon content in such conglomerates is about 65% ..
На фиг.5 показана фотография конгломерата плотно упакованных углеродных нанотрубок в пыли циклонов. Из конгломерата выходят углеродные нанотрубки. В таких конгломератах содержание углерода составляет порядка 90%, содержание кислорода порядка 7%, содержание кремния порядка 3%.Figure 5 shows a photograph of a conglomerate of densely packed carbon nanotubes in cyclone dust. Carbon nanotubes emerge from the conglomerate. In such conglomerates, the carbon content is about 90%, the oxygen content is about 7%, and the silicon content is about 3%.
На фиг.6 показаны фотография разрушенных углеродных сфер, полученных из рукавной пыли после обработки бифторидом аммония и возгонки летучих продуктов химической реакции.Figure 6 shows a photograph of destroyed carbon spheres obtained from bag dust after treatment with ammonium bifluoride and sublimation of volatile chemical reaction products.
На фиг.7 показана фотография двух мезопористых углродных микросфер на фоне другого мезопористого углеродного материала и углеродных нанотрубок после обработки пыли циклонов кремниевого производства бифторидом аммония и возгонки летучих продуктов химической реакции.Figure 7 shows a photograph of two mesoporous carbon microspheres against the background of another mesoporous carbon material and carbon nanotubes after processing the dust of cyclones of silicon production with ammonium bifluoride and sublimation of volatile chemical reaction products.
На фиг.8 показана мезопористая углеродная структура пыли циклонов при увеличении 1900 раз после обработки бифторидом аммония и возгонки летучих продуктов химической реакции.Figure 8 shows the mesoporous carbon structure of cyclone dust at a magnification of 1900 times after treatment with ammonium bifluoride and sublimation of volatile chemical reaction products.
На фиг.9 показана фотография углеродных нанотрубок, полученных из рукавной пыли путем обработки бифторидом аммония и возгонки летучих продуктов химической реакции.Figure 9 shows a photograph of carbon nanotubes obtained from bag dust by treatment with ammonium bifluoride and sublimation of volatile chemical reaction products.
На фиг.10 показаны микро-размерные углеродные сферы пыли циклонов при увеличении 15000 раз после обработки бифторидом аммония и возгонки летучих продуктов химической реакции.Figure 10 shows micro-sized carbon spheres of cyclone dust at 15,000 times magnification after treatment with ammonium bifluoride and sublimation of volatile chemical reaction products.
На фиг. 11 показана фотография разрушенных мезопористых углеродных сфер пыли циклонов при увеличении 20000 раз после обработки бифторидом аммония.FIG. 11 shows a photograph of the destroyed mesoporous carbon spheres of cyclone dust at 20,000 times magnification after treatment with ammonium bifluoride.
На фиг. 12 показана фотография с просвечивающего электронного микроскопа (FEI Tecnai G2 F20) углеродных сфер, полученных из рукавной пыли после обработки бифторидом аммония и возгонки продуктов твердофазной химической реакции. FIG. 12 shows a photograph taken from a transmission electron microscope (FEI Tecnai G2 F20) of carbon spheres obtained from bag dust after treatment with ammonium bifluoride and sublimation of the products of a solid-phase chemical reaction.
Реализация заявляемого способа подтверждается следующими примерами. The implementation of the proposed method is confirmed by the following examples.
Пример 1Example 1
Навеску рукавной пыли массой 100 г смешивают с 320 г бифторида аммония и подвергают механическому перемешиванию в корундовой ступе до прекращения выделения аммиака. Полученную шихту переносят в корундовый тигель с обогреваемой газоотводной трубкой и выдерживают в печи при температуре 400°С, при которой происходит сублимация (возгонка) продуктов твердофазной реакции (1). В результате в корундовом тигле остается 94-95% нано - и микроразмерных углеродных структур (аморфный углерод, углеродные нанотрубки, углеродные сферы, многослойные углеродные сферы и осколки углеродных сфер).A sample of bag dust weighing 100 g is mixed with 320 g of ammonium bifluoride and subjected to mechanical stirring in a corundum mortar until the release of ammonia stops. The resulting charge is transferred into a corundum crucible with a heated gas outlet tube and kept in an oven at a temperature of 400 ° C, at which sublimation (sublimation) of the solid-phase reaction products occurs (1). As a result, 94-95% of nano- and micro-sized carbon structures (amorphous carbon, carbon nanotubes, carbon spheres, multilayer carbon spheres and fragments of carbon spheres) remain in the corundum crucible.
Пример 2Example 2
Отличается от примера 1 тем, что в качестве вскрывающего реагента использовали фторид аммония в количестве 360 г. Продукты твердофазной реакции (2) возгоняются (сублимируются) при температуре 350 °С. В результате в корундовом тигле остается 94-95% нано - и микроразмерных углеродных структур (аморфный углерод, углеродные нанотрубки, углеродные сферы, многослойные углеродные сферы и осколки углеродных сфер).It differs from example 1 in that 360 g of ammonium fluoride was used as the opening reagent. The products of the solid-phase reaction (2) sublime (sublimate) at a temperature of 350 ° C. As a result, 94-95% of nano- and micro-sized carbon structures (amorphous carbon, carbon nanotubes, carbon spheres, multilayer carbon spheres and fragments of carbon spheres) remain in the corundum crucible.
Пример 3Example 3
Отличается от примера 1 тем, что в качестве исходной навески используется пыль циклонов кремниевого производства массой 100 г., а в качестве вскрывающего реагента использовали бифторид аммония в количестве 360 г. В результате в корундовом тигле остается 80-90% нано - и микроразмерных углеродных структур (углеродные нанотрубки, углеродные сферы, многослойные углеродные сферы и осколки углеродных сфер).It differs from example 1 in that as the initial sample, the dust of cyclones of silicon production weighing 100 g was used, and ammonium bifluoride in the amount of 360 g was used as the opening reagent.As a result, 80-90% of nano- and micro-sized carbon structures remain in the corundum crucible (carbon nanotubes, carbon spheres, multilayer carbon spheres and fragments of carbon spheres).
Пример 4Example 4
Отличается от примера 3 тем, что в качестве исходной навески используется пыль циклонов кремниевого производства массой 100 г., а в качестве вскрывающего реагента использовали фторид аммония в количестве 360 г. В результате в корундовом тигле остается 80-90% нано - и микро-размерных углеродных структур (углеродные нанотрубки, углеродные сферы, многослойные углеродные сферы и осколки углеродных сфер).It differs from example 3 in that as the initial sample, the dust of cyclones of silicon production weighing 100 g was used, and ammonium fluoride in the amount of 360 g was used as the opening reagent. As a result, 80-90% of nano- and micro-sized carbon structures (carbon nanotubes, carbon spheres, multilayer carbon spheres and fragments of carbon spheres).
Мезопористые углеродные структуры, полученные в экспериментах, показаны на фиг.6-12.The mesoporous carbon structures obtained in the experiments are shown in FIGS. 6-12.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020131787A RU2755122C1 (en) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | Method for producing mesoporous carbon materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020131787A RU2755122C1 (en) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | Method for producing mesoporous carbon materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2755122C1 true RU2755122C1 (en) | 2021-09-13 |
Family
ID=77745486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020131787A RU2755122C1 (en) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | Method for producing mesoporous carbon materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2755122C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004189501A (en) * | 2002-12-06 | 2004-07-08 | Jfe Engineering Kk | Method and apparatus for manufacturing carbon nanotube wherein tip of graphene sheet tube is partially or totally broken |
| RU2500480C2 (en) * | 2012-02-20 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") | Method for extraction of nano-sized particles from man-made wastes by flotation |
| RU2504514C2 (en) * | 2011-12-22 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") | Method of isolation of carbon nanoparticles |
-
2020
- 2020-09-28 RU RU2020131787A patent/RU2755122C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004189501A (en) * | 2002-12-06 | 2004-07-08 | Jfe Engineering Kk | Method and apparatus for manufacturing carbon nanotube wherein tip of graphene sheet tube is partially or totally broken |
| RU2504514C2 (en) * | 2011-12-22 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") | Method of isolation of carbon nanoparticles |
| RU2500480C2 (en) * | 2012-02-20 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") | Method for extraction of nano-sized particles from man-made wastes by flotation |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| YONGSHENG LI et al. ADVENCED MATERIALS: "HOLLOW‐STRUCTURED MESOPOROUS MATERIALS: CHEMICAL SYNTHESIS, FUNCTIONALIZATION AND APPLICATIONS", VOLUME 26, ISSUE 20, * |
| YONGSHENG LI et al. ADVENCED MATERIALS: "HOLLOW‐STRUCTURED MESOPOROUS MATERIALS: CHEMICAL SYNTHESIS, FUNCTIONALIZATION AND APPLICATIONS", VOLUME 26, ISSUE 20, PAGES 3176-3205, 28.05.2014. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aljerf et al. | Developed greener method based on MW implementation in manufacturing CNFs | |
| US10953467B2 (en) | Porous materials comprising two-dimensional nanomaterials | |
| Skrabalak | Ultrasound-assisted synthesis of carbon materials | |
| Zemtsov et al. | Carbon nanostructures based on IR-pyrolyzed polyacrylonitrile | |
| Bavykin et al. | An aqueous, alkaline route to titanate nanotubes under atmospheric pressure conditions | |
| CA2419941A1 (en) | Method for the production of functionalised short carbon nanotubes and functionalised short carbon nanotubes obtainable by said method | |
| Ma et al. | Research development on graphitic carbon nitride and enhanced catalytic activity on ammonium perchlorate | |
| JP2022537029A (en) | Graphene/graphene oxide core/shell particles, methods of making the same, and methods of using the same | |
| CN107161989A (en) | A kind of preparation method of cellular three-dimensional grapheme | |
| CN107572509B (en) | Nitrogen-doped hollow carbon/graphite nodule nano material and preparation method thereof | |
| Liu et al. | Synthesis of hollow carbon nanostructures using a ZnO template method | |
| RU2755122C1 (en) | Method for producing mesoporous carbon materials | |
| CN109574069B (en) | Carbon quantum dot induced titanium dioxide hierarchical nanostructure and preparation method thereof | |
| CN113148994B (en) | Graphene and preparation method and application thereof | |
| Wang et al. | Facile synthesis of graphene nanosheets on wastewater sediments for high efficient adsorption of methylene blue | |
| He et al. | Facile synthesis of hierarchical N-doped hollow porous carbon whiskers with ultrahigh surface area via synergistic inner–outer activation for casein hydrolysate adsorption | |
| KR100813178B1 (en) | Hollow graphitic nanocarbon using polymers incorporated with metal catalysts and Preparation method of it | |
| US20240034631A1 (en) | Scalable synthesis of perimorphic carbons | |
| Hao et al. | Green and high-efficiency reduction of graphene oxide for highly loading drug to enhance cancer therapy | |
| CN111151768A (en) | Preparation method of ultra-pure spherical tantalum powder for additive manufacturing | |
| CN111533112B (en) | Graphene nano hollow sphere and preparation method thereof | |
| CN110526228B (en) | Preparation method of petal-like carbon nanosheets | |
| Liu et al. | Effects of gas pressure and temperature on the synthesis of hollow carbon spheres in argon atmosphere | |
| KR101201623B1 (en) | One-pot synthesis of silica nanoparticle in silica nanotube nano-structure | |
| KR101141716B1 (en) | Large-scale manufacturing method of high-surface area iron oxide nanoparticles |