Склад анодної маси для отримання вуглецевих наноматеріалів

Номер патенту: 103877

Опубліковано: 12.01.2016

Автори: Старовойт Анатолій Григорович, Кєуш Ліна Геннадіївна

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Склад анодної маси для отримання вуглецевих наноматеріалів, що включає вуглевмісний матеріал, каталізатор та зв'язуюче, який відрізняється тим, що як вуглевмісний матеріал використаний пековий кокс, а як каталізатор - біметалевий каталізатор NiO-Fe(CO)5, при цьому зв'язуюче складається із середньотемпературного або високотемпературного пеку з кам′яновугільною смолою при наступному співвідношенні, мас. частки

пековий кокс

0,7-0,75

середньотемпературний або високотемпературний пек

0,01-0,05

кам'яновугільна смола

0,1-0,15

біметалевий каталізатор NiO-Fe(CO)5

0,01-0,05.

Текст

Дивитися

Реферат: Склад анодної маси для отримання вуглецевих наноматеріалів, що включає вуглевмісний матеріал, каталізатор та зв'язуюче, причому як вуглевмісний матеріал використаний пековий кокс, а як каталізатор - біметалевий каталізатор NiO-Fe(CO)5, при цьому зв'язуюче складається із середньотемпературного або високотемпературного пеку з кам′яновугільною смолою при наступному співвідношенні, мас. частки: пековий кокс 0,7-0,75 середньотемпературний або високотемпературний пек 0,01-0,05 кам'яновугільна смола 0,1-0,15 біметалевий каталізатор NiOFe(CO)5 0,01-0,05. UA 103877 U (54) СКЛАД АНОДНОЇ МАСИ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВУГЛЕЦЕВИХ НАНОМАТЕРІАЛІВ UA 103877 U UA 103877 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до області нанотехнологій і може бути використана для отримання вуглецевих наноматеріалів, у тому числі нанотрубок та фулеренів. Відомо основний склад анодної маси для отримання вуглецевих наноматеріалів, що складається з графіту високої чистоти (Ткачев А.Г. Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур: монография / Ткачев А.Г., Золотухин И.В. - М.: "Издательство Машиностроение-1", 2007. - 316 с., С. 13). При термічному розпиленні графітового анода в плазмі дугового розряду в атмосфері гелію отримують одностінні вуглецеві нанотрубки. Причиною, що перешкоджає використовувати графіт високої чистоти при випаровуванні є те, що при синтезі вуглецевих наноматеріалів лише одиничні атоми вуглецю сприяють утворенню продукту. Даний процес характеризується низьким рівнем виходу наноматеріалів та чистотою продукту. Іншим прикладом складу анодної маси є Synthesis of double-walled carbon nanotubes from coal in hydrogen-free atmosphere (Qiu J. Wang Z., Zhao Z. et al. Synthesis of double-walled carbon nanotubes from coal in hydrogen-free atmosphere // Fuel. - 2007. - V. 86. - P. 282-286). Була використана анодна маса у наступному складі: суміш вугілля, кам'яновугільної смоли та заліза у пропорції 3:1:1. Використовуючи такий склад анодної маси в дуговому розряді було отримано двостінні вуглецеві нанотрубки. До недоліків можна віднести використання кам'яновугільної смоли як зв'язуючого, що призводить до відносно невеликої стійкості електрода, що обмежує його використання у плазмі дугового розряду. Іншим складом анодної маси є вугілля зі зв'язуючим кам'яновугільною смолою в пропорції 20 %, мас. Даний електрод був легований сумішшю каталізаторів заліза та вуглецю, у пропорції 1:1. При використанні такого складу анода було отримано вуглецеві нанотрубки зі структурою типу "бамбук" (Li Y., Qiu J.S., Zhao Z.B. et al. Bamboo-shaped carbon tubes from coal // Chemical Physics Letters. - 2002. - V. 366. - P. 544-550). До недоліків використання такого складу можна віднести вміст мінеральних речовин у вугіллі, яке використовувалось як каталізатор. Це призводить до труднощів у контролі якості продукту в процесі виробництва вуглецевих наноматеріалів і також впливає на їх властивості. Найближчим до складу, що заявляється є Single-wall carbon nanotubes from coal (Williams K.A., Tachibana M., Allen J.L., Grigorian L., Cheng S.-C., Fang S.L. et al. Single-wall carbon nanotubes from coal // Chemical Physics Letters. - 1999. - V. 310. - P. 31-37.). До складу анода входить вугілля, кам'яновугільний пек та каталізатори Ni-Y у співвідношенні 4,25:1. Головним недоліком такого складу є використання бітумінозного вугілля у складі анодної маси, яке містить 73,25 % мас. Вуглецю, та низька середня чистота продукту, що складає 20 % мас. Спільними суттєвими ознаками вказаного вище та технічного рішення, що заявляється, є використання вуглевмісних компонентів у складі анода для отримання вуглецевих наноматеріалів. Відмінними рисами є використання пекового коксу, суміші кам'яновугільної смоли з середньотемпературним або високотемпературним пеком, як зв'язуючого, та використання біметалевого каталізатора NiO-Fe(CO)5. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача підвищити вміст вуглецю у складі анодної маси та чистоту виходу вуглецевих наноматеріалів у плазмі дугового розряду. Ця задача вирішується тим, що як вуглевмісний матеріал використано пековий кокс, як каталізатор - біметалевий каталізатор NiO-Fe(CO)5, при цьому зв'язуюче складається із середньотемпературного або високотемпературного пеку з кам'яновугільною смолою. Компоненти суміші анодної маси наводяться у таблиці 1 у наступному співвідношенні, мас. ч. Таблиця 1 Співвідношення компонентів анодної маси Вміст компонентів анодної маси у мас. частках Пековий кокс 0,7-0,75 Середньотемпературний або високотемпературний пеки 0,01-0,05 Кам'яновугільна смола 0,1-0,15 Біметалевий каталізатор NiO-Fe(CO)5 0,01-0,05 Компонентний склад анодної маси 1 UA 103877 U 5 10 15 20 25 30 35 40 З метою збільшення вмісту вуглецю у складі анодної маси та рівня виходу вуглецевих наноматеріалів, було використано у складі анодної маси пековий кокс, середньотемпературний або високотемпературний пеки. Наявність підвищеного вмісту вуглецю 97-98 мас. % у пековому коксі, а також поліциклічних систем та ароматичних структур у середньотемпературному або високотемпературному пеку (нафталін, аценафтен, флуорен, фенатрен, антрацен, циклопентафенантрен, флуорантен, пірен та бензофлуорантен) - напряму впливає на формування вуглецевих наноматеріалів. У даному компонентному складі анодної маси кам'яновугільна смола одночасно відіграє роль розчинника, вірніше компонента, який знижує температуру розм'якшення пеку. Використання 0,1-0,15 мас. ч. смоли ефективне з точки зору якості анодної маси, яку отримуємо, і збільшення виходу коксу при випаленні анода. Особливо висока ефективність отримання вуглецевих наноматеріалів полягає у використанні біметалевого каталізатора NiO-Fe(CO)5, пояснюється в рамках моделі подвійної ролі металу в утворенні зародка наноматеріалу. Перша функція біметалічного каталізатора полягає в тому, що один з компонентів - NiO бере участь в утворенні метало-ендофулерена. Для цього конденсація атомів металу повинна починатися на стадії утворення малих вуглецевих кластерів, перш ніж сформувалася оболонка фулерена. Далі, для утворення зародка наноматеріалу до оболонки метало-ендофулерена повинні приєднатися додаткові атоми металу, і цю функцію виконує другий з двох компонентів каталізатора, тобто Fe(CO) 5. Використання каталізатора NiO-Fe(CO)5 дозволяє створити оптимальні умови для утворення зародка наноматеріалу. Підготовка заявленого складу анодної маси для отримання електродів відбувається наступним чином: суміш пекового коксу, кам'яновугільної смоли, пеку (середньотемпературного або високотемпературного) та біметалевого каталізатора NiO-Fe(CO)5 зазнавали пресування під тиском 69 кПа у трубі з нержавіючої сталі. Далі отримані стрижні були поміщені в піч при кімнатній температурі. Температура в печі змінювалася лінійно зі швидкістю 10 °C/хв. до 500 °C. Після досягнення цього показника зазначена температура підтримувалася протягом 1 години. Потім суміш була піддана подальшому випалу зі швидкістю 10 °C/хв. до 900 °C Після досягнення зазначеної температури анодна маса підлягала подальшій термічній обробці протягом 5 годин. Використання суміші компонентів у заявленому складі анодної маси із якого виготовляються аноди для плазмо-дугового синтезу вуглецевих наноматеріалів дозволяють підвищити вміст вуглецю до 97-98 мас. %, що підвищує чистоту виходу наноматеріалів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Склад анодної маси для отримання вуглецевих наноматеріалів, що включає вуглевмісний матеріал, каталізатор та зв'язуюче, який відрізняється тим, що як вуглевмісний матеріал використаний пековий кокс, а як каталізатор - біметалевий каталізатор NiO-Fe(CO)5, при цьому зв'язуюче складається із середньотемпературного або високотемпературного пеку з кам′яновугільною смолою при наступному співвідношенні, мас. частки: пековий кокс 0,7-0,75 середньотемпературний або 0,01-0,05 високотемпературний пек кам'яновугільна смола 0,1-0,15 біметалевий каталізатор NiO0,01-0,05. Fe(CO)5 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: B82B 3/00, C01B 31/00

Мітки: маси, отримання, анодної, наноматеріалів, склад, вуглецевих

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/4-103877-sklad-anodno-masi-dlya-otrimannya-vuglecevikh-nanomaterialiv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Склад анодної маси для отримання вуглецевих наноматеріалів</a>

Подібні патенти