WO2012125056A1 - Способ получения аллотропных модификаций углерода - Google Patents
Способ получения аллотропных модификаций углерода Download PDFInfo
- Publication number
- WO2012125056A1 WO2012125056A1 PCT/RU2011/000164 RU2011000164W WO2012125056A1 WO 2012125056 A1 WO2012125056 A1 WO 2012125056A1 RU 2011000164 W RU2011000164 W RU 2011000164W WO 2012125056 A1 WO2012125056 A1 WO 2012125056A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- carbon
- producing
- liquid
- dispersion medium
- allotropic
- Prior art date
Links
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
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
- B01J3/08—Application of shock waves for chemical reactions or for modifying the crystal structure of substances
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- 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
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- 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
- C01B32/25—Diamond
- C01B32/26—Preparation
Definitions
- the invention relates to a technology for producing allotropic modifications of carbon and can be used, in particular, for the synthesis of diamond crystals, the production of lonsdaleite, fullerenes, glassy carbon, etc.
- the technical result to which the claimed invention is directed is to simplify the process of obtaining allotropic carbon modifications, such as, for example, diamond, lonsdaleite, fullerenes, glassy carbon, and, accordingly, reducing the cost of the final product obtained by implementing the claimed method.
- the specified technical result is achieved due to the fact that in the method for producing allotropic modifications of carbon, which includes an electrical effect on carbon in a liquid medium, electro-hydraulic treatment of a polydisperse system consisting of a liquid dispersion medium and a solid dispersed phase is used as an electric effect.
- An ultramicroheterogeneous system with a particle size of a dispersed phase of 10 "7 - 10 " 9 m can be used as a polydisperse system.
- a liquid with a hydrogen index (pH) in the range from 6 to 9, depending on the particular, can be used as a dispersion system. values of which are selected optimal values of resistivity and conductivity of the dispersion medium.
- the ratio of the dispersion medium to the solid dispersed phase can be 50:50.
- electro-hydraulic treatment of the polydisperse system can be carried out in the presence of a catalyst, such as iron, or nickel, or rhodium, or palladium, or platinum.
- the basis of the claimed method for producing allotropic modifications of carbon is the possibility of implementing a specific phase transition under a specific substance and the advantage of an electro-hydraulic effect, which consists in great reliability and reproducibility of the process, the possibility of its automation.
- a shock wave is a jump in the density of a medium propagating from a channel at a speed greater than sonic.
- the pressure at the front of a shock wave in a fluid can reach tens of kilobars.
- the impact of this pressure on the processed object causes a structural adjustment of the material of the object.
- Fluid flows propagating at a speed of 10 ⁇ -10 m / s transfer kinetic energy to the processed object, causing, like the shock wave, its mechanical changes.
- a rapid increase in energy is characterized by high temperatures in the discharge channel.
- the liquid medium when exposed to an electric discharge on a liquid medium at a temperature of 12 - 30 ° C, in other words, at room temperature, the liquid medium performs the function of cooling.
- the implementation of the method for producing allotropic carbon modifications can be illustrated by the example of obtaining diamond by direct phase transition from graphite.
- the synthesis is carried out using the energy of a high-voltage pulse discharge in its thickness, characterized by rapid changes in temperature and pressure.
- the method is as follows:
- a polydisperse system is placed in the working chamber, which is a suspension of graphite in a liquid, the hydrogen index (pH) of which is in the range from 6 to 9, for example, a suspension of graphite in water.
- the particle sizes of graphite are preferably
- the optimal ratio of graphite to liquid is 50:50.
- this suspension is affected by at least one high-voltage pulse discharge.
- the number of pulses is determined by the volume of the processed suspension, the ratio of water and graphite in suspension, the particle size of graphite, etc.
- an ultrahigh shock hydraulic pressure, high temperature, and instantaneous cooling occur in the discharge channel, which creates the conditions for the phase transition of graphite to diamond.
- carbon modifications such as, for example, lonsdaleite, fullerenes and glassy carbon can be obtained.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения аллотропных модификаций углерода и может быть использовано, в частности, для синтеза кристаллов алмазов, получения лонсдейлита, фуллеренов, стеклоуглерода и т.п. В способе получения аллотропных модификаций углерода, включающем электрическое воздействие на углерод в жидкой среде, в качестве электрического воздействия используют электрогидравлическую обработку полидисперсной системы, состоящей из жидкой дисперсионной среды и твердой дисперсной фазы. В качестве полидисперсной системы может быть использована ультрамикрогетерогенная система с размерами частиц дисперсной фазы 10-7 - 10-9 м. При этом в качестве дисперсионной среды может быть использована жидкость с водородным показателем (рН) в диапазоне от 6 до 9, в зависимости от конкретной величины которого определяется оптимальная величина мощности электрогидравлического удара. Отношение дисперсионной среды к твердой дисперсной фазе может составлять 50:50. Кроме того, электрогидравлическая обработка полидисперсной системы может осуществляться в присутствии катализатора, такого как железо, или никель, или родий, или палладий, или платина.
Description
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЛОТРОПНЫХ МОДИФИКАЦИЙ УГЛЕРОДА
Область техники
Изобретение относится к технологии получения аллотропных модификаций углерода и может быть использовано, в частности, для синтеза кристаллов алмазов, получения лонсдейлита, фуллеренов, стеклоуглерода и т.п.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известны различные способы получения аллотропных модификаций углерода, в частности, искусственных алмазов. Как правило, все эти способы отличаются приближением к естественному возникновению природных алмазов, т.е. характеризуются сочетанием очень высокого давления и высокой температуры.
Известен способ получения искусственных алмазов в условиях сочетания высоких температур и давлений, раскрытый в патенте SU 339133, опубликованном 20.04.2000, в котором превращение графита в алмаз осуществляют непосредственно из графита при давлениях выше 170 тыс. кг/см2 и температурах выше 3000°С. Основным недостатком данного способа является его высокая технологическая сложность и, как следствие, значительная себестоимость получаемой продукции.
Кроме того, из уровня техники известны различные способы получения искусственных алмазов, в которых применяют взрыв «обычного» взрывчатого вещества, или взрыв проволоки большим импульсом тока. Сущность способа получения алмазов методом взрыва заключается в том, что при подрыве в замкнутом пространстве взрывчатого вещества на пограничном слое «ударная волна - препятствие» создается одновременно и высокое давление и высокая температура. Давление может достигать свыше 300 000 атм, температура - десятки тысяч градусов. В частности, известен способ получения легированных ультрадисперсных алмазов, раскрытый в патенте RU 2202514, опубликованном 20.04.2003, который включает формирование заряда углеродосодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом, окружение заряда взрывчатого вещества охлаждающей жидкостью, размещение заряда взрывчатого вещества в герметичной взрывной камере, инициирование его детонации, извлечение из взрывной камеры конденсированных продуктов детонации и выделение ультрадисперсных алмазов. В качестве охлаждающей жидкости используют насыщенный раствор химического соединения, содержащего легирующий элемент.
Этот способ дает выход продукции намного больше в процентном отношении от количества графита, чем способ высокого давления, но ему присущи такие недостатки, как сложность и высокая себестоимость используемого технологического оборудования. Кроме того, размеры получаемых кристаллов алмазов очень маленькие (30 - 50 мкрн).
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ получения алмазов из графита, раскрытый в патенте US 5,318,423, опубликованном 07.06.1994, в котором преобразование графита в алмазы осуществляется воздействием электроимпульсом на графит, находящийся под высоким давлением в электролите.
Недостатком данного способа также является его технологическая сложность и высокая себестоимость.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является упрощение технологического процесса получения аллотропных модификаций углерода, таких как, например, алмаз, лонсдейлит, фуллерены, стеклоуглерод, и, соответственно, снижение себестоимости конечного продукта, получаемого при реализации заявленного способа.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения аллотропных модификаций углерода, включающем электрическое воздействие на углерод в жидкой среде, в качестве электрического воздействия используется электрогидравлическая обработка полидисперсной системы, состоящей из жидкой дисперсионной среды и твердой дисперсной фазы. В качестве полидисперсной системы может быть использована ультрамикрогетерогенная система с размерами частиц дисперсной фазы 10"7 - 10"9м. При этом в качестве дисперсионной среды может быть использована жидкость с водородным показателем (рН) в диапазоне от 6 до 9, в зависимости от конкретной величины которого подбираются оптимальные величины удельного сопротивления и проводимости дисперсионной среды. Отношение дисперсионной среды к твердой дисперсной фазе может составлять 50:50. Кроме того, электрогидравлическая обработка полидисперсной системы может осуществляться в присутствии катализатора, такого как железо, или никель, или родий, или палладий, или платина.
В основу заявленного способа получения аллотропных модификаций углерода положены возможность осуществления для конкретного вещества при определенных условиях прямого фазового перехода и преимущество электрогидравлического эффекта,
которое заключается в большой надежности и воспроизводимости процесса, возможности его автоматизации.
При пробое жидкости специально сформированным высоковольтным импульсным разрядом в её толще возникают сверхвысокие ударные гидравлические давления порядка 1x10 -1x10 атм., и мощные кавитационные процессы. Это позволяет создавать мощные гидравлические удары с заданной частотой - от долей Гц до нескольких десятков Гц. Продолжительность каждого удара - несколько сотых 50-100 мкс долей секунды. КПД преобразования электроэнергии в этих установках более 90%.
При импульсном электрическом разряде в жидкости происходит быстрое вьщеление энергии в канале разряда. В результате давление в канале разряда значительно превышает внешнее, канал быстро расширяется, что приводит к возникновению ударной волны и потоков жидкости.
Ударная волна представляет собой скачок плотности среды, распространяющейся от канала со скоростью, превышающей звуковую. Давление на фронте ударной волны в жидкости может достигать десятков килобар. Воздействие этого давления на обрабатываемый объект вызывает структурную перестройку материала объекта. Потоки жидкости, распространяющиеся со скоростью 10 ^-10 м/с, передают кинетическую энергию обрабатываемому объекту, вызывая, как и ударная волна, его механические изменения.
При импульсном электрическом разряде в жидкости быстрое вьщеление энергии характеризуется высокими значениями температур в канале разряда. Однако, при воздействии электрическим разрядом на жидкую среду при температуре 12 - 30° С, иначе говоря, при комнатной температуре, жидкая среда выполняет функцию охлаждения.
Кроме того, среди особенностей процессов, возникающих при обработке жидкой среды импульсными высоковольтными электрическими разрядами, можно отметить не только физико-механическую, но и физико-химическую природу таких процессов, а именно воздействие электрическим током оказывает влияние на интенсификацию различных химических процессов, в частности, окислительных.
Известно, что удельная электропроводность воды зависит от ряда факторов, среди которых наиболее существенны температура, рН, ионный состав и концентрация ионов. [Кульский Л.А. Очистка воды электрокоагуляцией / Л.А. Кульский, П.П. Строкач, В.А. Слипченко и др. - Киев: Буд1вельник, 1978. - 112 с]. Минимальное значение электропроводности при рН = 7. При этом экспериментально доказано, что при рН
меньше 6 и рН больше 9 электропроводность жидкой среды такова, что создать электрогидравлический удар требуемой силы практически не представляется возможным.
Таким образом, весь этот спектр явлений воздействует на обрабатываемый материал, создавая оптимальные условия для возможности фазового перехода. Варьируя параметры, режимы и частоту разрядов можно добиться получение конечного продукта с заданными характеристиками, такими как прочность, цвет, чистота, величина.
Примеры осуществления изобретения
Реализацию способа получения аллотропных модификаций углерода можно проиллюстрировать на примере получения алмаза путём прямого фазового перехода из графита. Синтез производится с использованием энергии высоковольтного импульсного разряда в её толще жидкости, характеризующегося скоростными изменениями температуры и давления.
Способ осуществляется следующим образом:
В рабочую камеру помещают полидисперсную систему, представляющую собой взвесь графита в жидкости, водородный показатель (рН) которой находится в диапазоне от 6 до 9, например, взвесь графита в воде. Размеры частиц графита предпочтительно
7 О
выбирать в диапазоне 10" - 10" м.
Оптимальное отношение графита и жидкости составляет 50:50.
Затем на эту взвесь воздействуют, по крайней мере, одним высоковольтным импульсным разрядом. Число импульсов определяется объемом обрабатываемой взвеси, соотношением воды и графита во взвеси, размерами частиц графита и т.д. Во время высоковольтного импульсного воздействия в канале разряда возникает сверхвысокое ударное гидравлическое давление, высокая температура и наличие мгновенного охлаждения, что создает условия для фазового перехода графита в алмаз.
После чего выкристаллизовавшиеся мелкие алмазы отделяют от оставшейся взвеси.
Аналогичным образом могут быть получены такие модификации углерода как, например, лонсдейлит, фуллерены и стеклоуглерод.
Claims
1. Способ получения аллотропных модификаций углерода, включающий электрическое воздействие на углерод в жидкой среде, отличающийся тем, что в качестве электрического воздействия используется электрогидравлическая обработка полидисперсной системы, состоящей из жидкой дисперсионной среды и твердой дисперсной фазы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полидисперсной системы используется ультрамикрогетерогенная система с размерами частиц дисперсной фазы 10-7 - 1(Г9м.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дисперсионной среды используется жидкость с водородным показателем (рН) в диапазоне от 6 до 9, в зависимости от конкретной величины которого определяется оптимальная величина мощности электрогидравлического удара.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение дисперсионной среды к твердой дисперсной фазе составляет 50:50.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрогидравлическая обработка полидисперсной системы осуществляется в присутствии катализатора.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют железо, или никель, или родий, или палладий, или платину.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000164 WO2012125056A1 (ru) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Способ получения аллотропных модификаций углерода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000164 WO2012125056A1 (ru) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Способ получения аллотропных модификаций углерода |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2012125056A1 true WO2012125056A1 (ru) | 2012-09-20 |
Family
ID=46830943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000164 WO2012125056A1 (ru) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Способ получения аллотропных модификаций углерода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2012125056A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3265219A4 (en) * | 2015-02-18 | 2018-10-24 | Burchfield, Larry A. | A novel carbon allotrope |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5318423A (en) * | 1990-04-26 | 1994-06-07 | Leonid Simuni | Device for transformation of the graphite into the diamonds |
| UA77346C2 (en) * | 2005-04-18 | 2006-11-15 | Inst Of Pulse Pcocesses And Te | Method for preparing powder of synthetic ultradisperse diamond |
| RU2331579C2 (ru) * | 2006-08-30 | 2008-08-20 | Открытое акционерное общество "Московский комитет по науке и технологиям" | Способ получения фуллеренов твердофазным синтезом |
-
2011
- 2011-03-17 WO PCT/RU2011/000164 patent/WO2012125056A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5318423A (en) * | 1990-04-26 | 1994-06-07 | Leonid Simuni | Device for transformation of the graphite into the diamonds |
| UA77346C2 (en) * | 2005-04-18 | 2006-11-15 | Inst Of Pulse Pcocesses And Te | Method for preparing powder of synthetic ultradisperse diamond |
| RU2331579C2 (ru) * | 2006-08-30 | 2008-08-20 | Открытое акционерное общество "Московский комитет по науке и технологиям" | Способ получения фуллеренов твердофазным синтезом |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3265219A4 (en) * | 2015-02-18 | 2018-10-24 | Burchfield, Larry A. | A novel carbon allotrope |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bulychev et al. | Nanoscale metal oxide particles produced in the plasma discharge in the liquid phase upon exposure to ultrasonic cavitation. 1. Method for producing particles | |
| US5004050A (en) | Method for well stimulation in the process of oil production and device for carrying same into effect | |
| EP0637993A4 (en) | DEVICE FOR TREATING LIQUID WITH A PULSATING ELECTRICAL DISCHARGE. | |
| JP5649186B2 (ja) | オニオンライクカーボンおよびその製造方法 | |
| CN108654537B (zh) | 一种基于液电脉冲方法的原花青素辅助提取装置 | |
| WO2014182715A1 (en) | Purification methods and systems for contaminated liquids and mineral slurries | |
| Schultheiss et al. | Processing of sugar beets with pulsed-electric fields | |
| WO2012125056A1 (ru) | Способ получения аллотропных модификаций углерода | |
| US2849357A (en) | Hydrazine | |
| CN103484889B (zh) | 一种大量制备高质量少层石墨烯粉末的方法 | |
| JP5370887B2 (ja) | ナノダイヤモンドの製造方法 | |
| EP3234297A1 (en) | Device and method for crushing rock by means of pulsed electric energy | |
| US20110214999A1 (en) | Method and process for element and/or compound extraction, separation, and purification | |
| RU2328447C1 (ru) | Способ получения нановолокон оксидно-гидроксидных фаз алюминия | |
| CN109778216B (zh) | 一种利用太阳光诱导水电离制氢的方法及装置 | |
| CN210764341U (zh) | 一种液相微波等离子体还原氧化石墨烯的装置 | |
| CN105565312B (zh) | 三维石墨烯包覆单粒子纳米金刚石材料的纯化过程中的酸化方法 | |
| RU2303206C1 (ru) | Способ и устройство для получения и использования тепла | |
| Nussupbekov et al. | Еlectrohydraulic ragging of metallurgical silicon | |
| RU2185506C2 (ru) | Электрогидроимпульсное скважинное устройство | |
| RU2112629C1 (ru) | Способ получения алюминиевого порошка | |
| Boussetta et al. | Improvement of polyphenols extraction from grape pomace using Pulsed Arc Electro-hydraulic Discharges | |
| RU2191520C2 (ru) | Способ экстракции водорастворимых веществ из растительного сырья | |
| JPS58204809A (ja) | 立方晶窒化ホウ素の製造方法 | |
| RU2527959C1 (ru) | Способ получения порошков гидрида магния в плазме высокочастотной дуги |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11861114 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11861114 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |