Способ получения слоистых соединений графита с щелочным металлом из группы с @ , r @ , к и устройство для его осуществления
Изобретение относится к технологии получения слоистых соединений графита с щелочными металлами. Цель - повышение чистоты получаемого продукта. Сущность способа заключается в том, что щелочной металл перед взаимодействием его с нагретым ориентированным пирографитом подвергают циклическому испарению и конденсации при температуре на 40-50 К ниже температуры графита При этом происходит очистка щелочного металла от неконденсирующихся газообразных примесей Устройство содержит реакционный объем для испарения щелочного металла, выполненный в виде тепловой трубы и соединенный с системой откачки неконденсирующихся примесей. Использование предложенного способа и устройства позволяет в 50-100 раз снизить содержание примесных соединений в готовом продукте 1 з п ф-лы, 1 ил 1 табл сл
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5 С 01 В 31/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1 (Ы
С)
СО
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4643399/26 (22) 09,11.88 (46) 30.03.91. Бюл. 1Ф 12 (71) Абхазский государственный университет им, А,M.Ãîðüêîãî и Сухумский физикотехнический институт им. акад, И.Н.Векуа (72) А.Г,Каландаришвили, Л.П.Карба, В.Г,Кашия, Г.Е.Мургулия, Н.Ш.Тодуа, T,Å.Øåíãåлия и А.Ч.Хорава (53) 661. 665, 12(088.8) (56) Уббелоде А.Р„Льюис Ф,А. Графит и его кристаллические соединения. М.: Мир, 1965.
Каландаришвили А.Г. Источники рабочего тела для термоэмиссионных преобразователей энергии. M.: Энергоатомиздат, 1986. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГРАФИТА С ЩЕЛОЧНЫМ МЕТАЛЛОМ ИЗ ГРУППЫ Cs, Rb, К И
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано для получения разного состава слоистых соединений графита с различными щелочными металлами, Цель изобретения — повышение чистоты получаемого продукта, На чертеже показано устройство для получения слоистых соединений графита со щелочными металлами. Устройство, содержит реакционный объем 1, объем 2 испарения щелочного металла, выполненный в виде тепловой трубы. Реакционный объем 1 сообщается с объемом 2 для испарения че„„ Ц„„1638108 Al (57) Изобретение относится к технологии получения слоистых соединений графита с щелочными металлами. Цель — повышение чистоты получаемого продукта. Сущность способа заключается в том, что щелочной металл перед взаимодействием его с нагретым ориентированным пирографитом подвергают циклическому испарению и конденсации при температуре на 40-50 К ниже температуры графита. При этом происходит очистка щелочного металла от неконденсирующихся газообразных примесей. Устройство содержит реакционный объем для испарения щелочного металла, выполненный в виде тепловой трубы и соединенный с системой, откачки неконденсирующихся примесей. Использование предложенного способа и устройства позволяет в 50 — 100 раз снизить содержание примесных соединений в готовом продукте.
1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. рез втулку 3, Наружная поверхность втулки
3 и корпус объема для испарения 2 образуют резервуар 4 для щелочного металла. Внутренняя поверхность втулки 3 служит паропроводом. Верхняя часть цезиевого резервуара 4 через высокотемпературный клапан 5 сообщается с контейнером 6, который содержит ампулу с щелочным металлом, Внутренняя поверхность объема 2 для испарения устлана металловолокнистый фитилем 7 из нержавеющей стали. Верхняя часть объема для испарения 2 через высокотемпературный клапан 8 подключена к системе откачки, Реакционный объем 1
1638108
15
35
55 содержит слоистый ориентированный вдоль оси С пирографит 9, расположенный между двумя фланцами 10, нижний из которых подвижный, таким образом, что ось симметрии пирографита 9 параллельна направлению кристаллической оси С и перпендикулярна поверхности фланцев 10.
Нижний фланец 10 связан с сильфонным узлом 11 и катетометром 12, позволяющим измерять изменение геометрических размеров пирографита вследствие внедрения в структуру графита атомов щелочного металла.
Устройство снабжено электрическими нагревателями 13.
Пример 1, В реакционный объем 1 помещают цилиндр иэ пирографита 9 диаметром 10 мм и высотой 7 мм (масса 1,2 r)
Ось симметрии цилиндра иэ пирографита 9 совпадает с направлением оси С. В контейнер 6 помещают щелочной металл — цезий в количестве 10 г.
Открывают клапаны 8 и 5 и систему откачивают до динамического давления остаточных газов P « = 1 10 Па и ведут дальнейшее обезгаживание металлических частей при 800 — 850 К до достижения Рдин =
5 — 6 10 Па. Температура цезиевого резервуара 4 при этом не превышает 450 К, После этого вскрывают ампулу с цезием и последний при комнатной температуре конденсируют в цезиевый резервуар 4. Температура контейнера составляет при этом 700 К. После восстановления нервоначального вакуума клапан 5 закрывают при температуре
650 К, а клапан 8 при — 600 К, температуру реакционного объема 1 поднимают до 750 К и включают нагреватель 13. Тепло, поступающее от электронагревателя 13 (+Q) испаряет цезий, который устремляется вверх, потом в зоне конденсации отдаст скрытую теплоту парообразования (-Q). конденсируется и по металловолокнистому фитилю 7 возвращается в резервуар 4 и снова испаряется, Возникает циркуляция цеэиевого пара. в резул ьтате которой через высокотемпературный клапан 8, связанный с системой откачки, из обьема удаляются неконденсирующиеся газообразные примеси. При этом температура паров щелочного металла поддерживается на 40 — 50 К ниже температуры графита, что необходимо для предотвращения конденсации щелочного металла на графите.
Очищенный цезий через втулку 3 проникает к пирографиту 9 и взаимодействует с ним с образованием различных слоистых соединений. Изменение давления цезия осуществляют путем изменения подводимой к объему испарения 2 тепловой мощности (+Q). Относительное удлинение пирографита, которое фиксирует катетометр 12 В—
630, позволяет определить содержание цезия полученном соединении. После получения нужного слоистого соединения остатки цезия отгоняют в контейнер 6, систему охлаждают дс комнатной температуры, вскрывают в специальном боксе в атмосфере инертного газа и анализируют синтезированный продукт на масс-спектрометре МИ вЂ” 1305.
Первоначально получен масс-спектр цеэированного графита состава C8Cs и C24Cs, полученного известным способом без предварительной очистки пара щелочного металла, При этом кроме углерода и цезия наблюдаются линии Н2; Н20; СО;СО2; СЗНз, СзН2; Сзн2; C3H6: СЭН7.
Затем исследован масс-спектр цеэированного графита состава СвСз и C24Cs, полученного описанным в примере 1 способом.
Аналогичным образом получены бинарные системы калий-графит и рубидий-графит, Данные об относительном снижении интенсивности линий масс-спектров синтезированного графита различного состава в сравнении с известным представлены в таблице.
Сравнение масс-спектров показывает высокую чистоту получаемых продуктов. Интенсивность линий Н2; Н20; СО; СЗН2;. СЗНЗ; СЗНб;
СзН7 уменьшилась в 50 — 100 раэ. а С02 исчезла, Формула изобретения
1. Способ получения слоистых соединений графита с щелочным металлом из группы Cs, Rb, К, включающий взаимодействие нагретого ориентированного пирографита с паром щелочного. металла, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чистоты получаемого продукта, щелочной металл предварительно подвергают циклическому испарению и конденсации с удалением неконденсирующихся газообразных примесей иэ зоны реакции при температуре на 40 — 50 К ниже температуры графита.
2, Устройство для получения слоистых соединений графита с щелочным металлом из группы Cs, Rb, К, содержащее объем для испарения щелочного металла и реакцибнный объем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чистоты получаемого продукта, оба объема выполнены в виде цельного резервуара, верхняя часть которого соединена с системой откачки неконденсирующихся примесей, и сообщаются через втулку, служащую паропроводом щелочногО металла, причем объем для испарения, имеющий вид тепловой. трубы, расположен в верхней части резервуара, а реакционный > объем — в его нижней части.
1638108
Фаза
Относительное снижение интенсивности линий примесных сое инений в число аз
Нг
СО
НгО
СзНг СзНз
СОг
СзНт
СзН6
Сг4Сз
C8Rb
СвК
Составитель М. Груздева
Редактор M. Недолуженко Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Бескид г
Заказ 898 Тираж 307 ПоДписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Пример
Система
Графит— цезий
Графитрубидий
Графит— калий
Температура,K
670
670
670
670
11
88
72
92
66
86
66
96
99
67
61
97
62
98
78
98
79
72
98
82
99
91
72
89
72
97
84
97
92
96
82
98
92
82
94
74
89
99
99
94
96
98
