Способ экстракции фуллеренов

Изобретение предназначено для химической промышленности. Фуллеренсодержащую сажу смешивают с природным растительным эфирным маслом. Предпочтительное соотношение 1:(50-200) соответственно. Можно использовать живичный скипидар, камфорное или ментоловое масло. Смесь помещают в ультразвуковую ванну и находят в объеме указанной смеси резонансную частоту, например 20-50 кГц. Можно использовать ультразвуковое излучение с синусоидальной, прямоугольной или пилообразной формой импульсов и воздействовать выбранной частотой не менее 20 мин при 40-80°С. Образовавшуюся суспензию подвергают центрифугированию предпочтительно в течение 30-40 мин при 20000-40000 g, где g - ускорение силы тяжести. Надосадочную жидкость фильтруют через мембранный фильтр с диаметром пор не более 0,2 мкм. Раствор выпаривают до постоянного веса, например, при 130-140°С. Изобретение позволяет эффективно экстрагировать фуллерены, используя нетоксичные природные экстрагенты. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для экстракции фуллеренов из фуллереновой сажи (черни).

Известен способ выделения фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи путем жидкофазной хроматографии (см. патент РФ № 2107026, МПК С 01 В 31/02, опубликован 20.03.1998). Основной компонент элюента - неполярный ароматический растворитель (толуол и/или бензол). Материал-носитель - кокс, антрацит и/или искусственный графит. Разделение ведут при 20-80°С. Выход С60 (чистота 99-100%) - до 97%, С70 (чистота 94-98%) - до 57%).

Недостатками известного способа являются сложность и длительность процесса выделения фуллеренов.

Известен способ извлечения фуллеренов из сажи (см. Европейский патент № 679609, МПК С 01 В 31/02, опубликован 02.11.1995), включающий смешивание сажи с неполярным растворителем, фильтрование полученной суспензии и отделение осадка.

Недостатками известного способа является его сложность и малая производительность.

Известен способ выделения фуллеренов из фуллеренсодержащих продуктов (см. патент РФ № 2107536, МПК В 01 D 11/02, С 01 В 31/00, опубликован 27.03.1998). Способ включает экстракцию фуллеренсодержащего продукта органическим растворителем, фильтрование полученного раствора, испарение растворителя с получением твердого продукта, содержащего смесь гомологов фуллеренов и оставшегося раствора, элюирование раствора твердого продукта органическим растворителем в хроматографической колонке, причем испарение растворителя производят при температуре 80-120°С в течение от 4 ч до 3 суток при пониженном давлении, а оставшийся раствор охлаждают в течение 10-30 ч при температуре (-15°С)-(-25°С) с получением твердого продукта и оставшегося раствора, с последующим проведением элюирования раствора суммарного твердого продукта.

Недостатками известного способа являются сложность и длительность процесса получения фуллеренов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является способ экстракции фуллеренов (см. заявка Японии № 09-249406, МПК С 01 В 31/02, опубликована 22.09.1997), включающий смешивание фуллеренсодержащей сажи с полярным растворителем, например сверхкритическим раствором воды и/или диоксида углерода, и воздействие на смесь физическим фактором, таким как ультразвуковое излучение или высокоскоростное перемешивание.

Известный способ позволяет увеличить эффективность экстракции фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи по сравнению с экстрагированием фуллеренов с помощью традиционно используемых органических растворителей, таких как толуол и бензол, однако эффективность процесса экстракции является недостаточно высокой.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка такого способа экстракции фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи, который бы позволил увеличить эффективность процесса экстракции по сравнению с известным способом-прототипом.

Поставленная задача решается тем, что в способе экстракции фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи, включающем смешивание фуллеренсодержащей сажи с органическим растворителем и воздействие на смесь ультразвуковым излучением, фуллеренсодержащую сажу смешивают с природным растительным эфирным маслом, воздействие на смесь ультразвуковым излучением осуществляют не менее 20-30 минут при температуре 40-80°С на резонансной частоте, обеспечивающей возникновение состояния резонанса в системе: ультразвуковой излучатель - объем упомянутой смеси, после чего образовавшуюся суспензию подвергают центрифугированию до отделения осадка, надосадочную жидкость фильтруют через мембранный фильтр с диаметром пор не более 0,2 мкм и далее выпаривают до постоянного веса.

В качестве природного растительного эфирного масла - терпена, содержащего изопреновые группы общей формулы (С5Н8)2n и имеющего ненасыщенные двойные связи, может быть использован, например, живичный скипидар, камфорное масло, ментоловое масло и другие терпены или их смеси.

Фуллеренсодержащую сажу и природное растительное эфирное масло обычно смешивают в весовом соотношении 1:(50-200) в зависимости от общей концентрации фуллеренов в саже.

Преимущественно резонансную частоту ультразвукового излучения находят из диапазона 20-50 кГц.

На смесь фуллеренсодержащей сажи и природного растительного эфирного масла можно воздействовать ультразвуковым излучением с синусоидальной формой импульсов, с прямоугольной формой импульсов, с пилообразной формой импульсов.

Полученный раствор с осадком преимущественно подвергают центрифугированию при ускорении 20000-40000 g, где g - ускорение силы тяжести, в течение 30-40 минут.

Надосадочную жидкость (декантат) целесообразно выпаривать до постоянного веса при температуре 130-140°С.

Проведенные авторами исследования показали, что использование в качестве растворителя природного растительного эфирного масла и воздействие ультразвуковым излучением резонансной частоты на смесь фуллеренсодержащей сажи и растворителя обеспечивает значительное повышение эффективности экстрагирования фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи. К тому же природные растительные эфирные масла являются нетоксичными и менее огнеопасными по сравнению с традиционно используемыми растворителями.

Воздействие на смесь фуллеренсодержащей сажи и растворителя ультразвуковым излучением резонансной частоты менее 20 минут при температуре менее 40°С приводит к значительному снижению эффективности процесса экстрагирования. При ведении процесса экстрагирования при температуре выше 80°С появляется опасность возгорания растворителя.

При использовании мембранного фильтра с диаметром пор более 0,2 мкм возможен проскок частиц осадка через фильтр.

В качестве природного растительного эфирного масла предпочтительно использовать живичный скипидар как наиболее дешевый продукт.

Заявляемый способ экстракции фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлены спектры поглощения в ультрафиолетовой (УФ) области фуллереновых экстрактов: живичного скипидара (1) и камфорного масла (2);

на фиг.2 приведены спектры пропускания в ультрафиолетовой (УФ) области фуллереновых экстрактов в толуоле, полученных способом-прототипом с использованием в качестве экстрагента толуола (1) и заявляемым способом с использованием в качестве экстрагента живичного скипидара (2).

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Фуллеренсодержащую сажу (так называемую чернь) смешивают с терпеном - природным растительным эфирным маслом, обычно в весовом соотношении 1:(50-200). Смесь загружают в ультразвуковую ванну или погружают в нее ультразвуковой излучатель. Для данного объема смеси подбирают резонансную частоту ультразвукового излучения, при которой в системе возникает состояние резонанса. Чаще всего резонансная частота лежит в интервале 20-50 кГц. Форма импульсов ультразвукового излучения может быть синусоидальной, прямоугольной, пилообразной. Далее ультразвуковым излучением подобранной резонансной частоты воздействуют на смесь не менее 20 минут при температуре 40-80°С. После обработки ультразвуковым излучением образовавшуюся суспензию центрифугируют до отделения осадка. Преимущественно центрифугирование осуществляют при ускорении 20000-40000 g, где g - ускорение силы тяжести, в течение 30-40 минут. Затем надосадочную жидкость (декантат) фильтруют через мембранный фильтр с диаметром пор не более 0,2 мкм и далее выпаривают до постоянного веса, предпочтительнее при температуре 130-140°С.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Образец фуллереновой черни весом 100 мг с общим содержанием фуллеренов 12,7 мас.% смешивали с 120 мл живичного скипидара и помещали в ультразвуковую ванну. Определяли резонансную частоту ультразвукового излучения для данной смеси. Она оказалась равной 26,8 кГц. Обрабатывали смесь ультразвуковым излучением этой частоты в течение 40 минут при вводимой мощности 50 мВт/см3 и температуре 40°С. Образовавшуюся суспензию центрифугировали при ускорении 20000 g, а затем фильтровали надосадочную жидкость через мембранный фильтр фирмы Sartorius (Германия) с размером пор 0,2 мкм. После чего раствор выпаривали до постоянного веса при температуре 130°С. Затем сухой остаток растворяли в метаноле при разбавлении 1:100. Полученный фильтрат анализировали на UV-VIS спектрометре Specord M 40 фирмы Karl Zeis (Германия). Снятый спектр поглощения в УФ-области приведен в виде кривой (1) на фиг.1.

Пример 2. Образец фуллереновой черни весом 100 мг с общим содержанием фуллеренов 9,2 мас.% смешивали с 110 мл камфорного масла, смесь заливали в емкость и погружали в смесь ультразвуковой излучатель. Определяли резонансную частоту ультразвукового излучения для данной смеси. Она оказалась равной 26,6 кГц. Обрабатывали смесь ультразвуковым излучением этой частоты в течение 30 минут при вводимой мощности 50 мВт/см3 и температуре 55°С. Образовавшуюся суспензию центрифугировали при ускорении 40000 g, а затем фильтровали надосадочную жидкость через мембранный фильтр фирмы Sartorius (Германия) с размером пор 0,2 мкм. Полученный раствор выпаривали до постоянного веса при температуре 140°С. Затем сухой остаток растворяли в метаноле при разбавлении 1:100. Полученный фильтрат анализировали также как в примере 1. Спектр поглощения в УФ-области приведен в виде кривой (2) на фиг.1. Как видно из фиг.1, спектры представляют собой типичные спектры экстрактов смеси фуллеренов.

Пример 3. Образец фуллеренсодержащей сажи весом 500 мг с общим содержанием фуллеренов 15 мас.% смешивали в 300 мл живичного скипидара и помещали в ультразвуковую ванну. Определяли резонансную частоту ультразвукового излучения для данной смеси. Она оказалась равной 26,5 кГц. Обрабатывали смесь ультразвуковым излучением этой частоты в течение 35 минут при вводимой мощности 55 мВт/см3 и температуре 50°С. Образовавшуюся суспензию центрифугировали при ускорении 30000 g, а затем фильтровали надосадочную жидкость через мембранный фильтр фирмы Sartorius (Германия) с размером пор 0,2 мкм. После чего раствор выпаривали до постоянного веса при температуре 140°С. Затем сухой остаток растворяли в избытке толуола, фильтровали и снимали спектры пропускания в УФ-области. Снятый спектр пропускания в УФ-области приведен в виде кривой (2) на фиг.2.

Пример 4. Для сравнения была проведена экстракция фуллеренов известным способом-прототипом. С этой целью образец фуллеренсодержащей сажи весом 500 мг с общим содержанием фуллеренов 15 мас.% смешивали в 300 мл толуола и помещали в ультразвуковую ванну. На смесь воздействовали в течение 35 минут и при температуре 50°С ультразвуковым излучением частотой 30 кГц (в то время как для данной смеси резонансная частота была равна 27,6 кГц). Центрифугирование полученной суспензии, фильтрование надосадочной жидкости и выпаривание осуществлялось, как в примере 3. Сухой остаток растворяли с избытке толуола, фильтровали и затем снимали спектр пропускания в УФ-области (кривая 1 на фиг.2). Концентрация экстракта, полученная по способу-прототипу и соответствующая спектру (1), составляла ˜1,5 мг/мл, а концентрация экстракта, полученная заявляемым способом и соответствующая спектру (2), составляла ˜2,5 мг/мл.

Полученные результаты показали, что заявляемый способ позволяет более эффективно осуществлять экстракцию фуллеренов по сравнению с известными способами.

1. Способ экстракции фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи, заключающийся в том, что смешивают фуллеренсодержащую сажу с природным растительным эфирным маслом, находят резонансную частоту ультразвукового излучения, обеспечивающую возникновение состояния резонанса в системе ультразвуковой излучатель - объем упомянутой смеси, затем воздействуют на упомянутую смесь ультразвуковым излучением найденной частоты не менее 20 мин при температуре 40-80°С, после чего образовавшуюся суспензию подвергают центрифугированию до отделения осадка, надосадочную жидкость фильтруют через мембранный фильтр с диаметром пор не более 0,2 мкм и далее выпаривают до постоянного веса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве природного растительного эфирного масла используют живичный скипидар.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве природного растительного эфирного масла используют камфорное масло.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве природного растительного эфирного масла используют ментоловое масло.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что фуллеренсодержащую сажу и природное растительное эфирное масло смешивают в весовом соотношении 1:(50-200).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутую резонансную частоту ультразвукового излучения находят из диапазона 20-50 кГц.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют ультразвуковое излучение с синусоидальной формой импульсов.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют ультразвуковое излучение с прямоугольной формой импульсов.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют ультразвуковое излучение с пилообразной формой импульсов.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутую суспензию подвергают центрифугированию при усокрении 20000-40000 g, где g - ускорение силы тяжести, в течение 30-40 мин.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что надосадочную жидкость выпаривают до постоянного веса при температуре 130-140°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии получения фуллерена путем переработки исходного углеродсодержащего материала в тепловом поле установки и направлено на расширение рода и класса исходных материалов за счет использования нетрадиционных углеродсодержащих материалов техногенного характера.

Изобретение относится к области выделения (экстракции) природных и синтетических материалов, в частности к выделению и очистке наиболее распространенных фуллеронов С60 и С70 из природной фуллеренсодержащей сажи шунгитового углерода.

Изобретение относится к фундаментальным наукам - физике (в том числе физике высокотемпературной сверхпроводимости), химии, биофизике, медицине, биологии и др., и к промышленным технологиям в областях электроники, оптоэлектроники, материаловедения.
Изобретение относится к производству углеграфитовых материалов и может быть использовано в коксохимической и электродной промышленности. .
Изобретение относится к электротермическим процессам, а именно к электроферросплавному и сталеплавильному производству, и предназначено для использования при изготовлении непрерывных самообжигающихся электродов.

Изобретение относится к области процессов и аппаратуры для синтеза, очистки и разделения фуллеренов. .

Изобретение относится к области химической промышленности, в частности к каталитическому способу производства углеродных материалов из углеводородов. .
Изобретение относится к электродной промышленности и может быть использовано при изготовлении электродных масс для непрерывных самообжигающихся электродов рудовосстановительных электропечей.
Изобретение относится к способам получения фуллеренсодержащей сажи за счет термомодификации углеродсодержащих материалов, используемой для последующей экстракции фуллеренов и нанотрубок, которые могут быть применены в различных отраслях промышленности: в химической и электронной промышленности, в энергетике, биологии, медицине и т.д.
Изобретение относится к электротермическим процессам, а именно к электрометаллургии ферросплавов, цветных металлов и сплавов, к электротермии фосфора, карбида кальция и др., и предназначено для использования его при изготовлении непрерывных самообжигающихся электродов рудовосстановительных электропечей.

Изобретение относится к производству таннидов. .

Изобретение относится к способам обработки материалов многократным расширением-сжатием растворителя в процессах перекристаллизации, экстракции, нанесения покрытий, осаждения, пропитки, удаления загрязняющих веществ и при проведении различных химических реакций.

Изобретение относится к химической, пищевой и фармацевтической отраслям промышленности и используется для проведения массообменных процессов в системе твердое тело - жидкость.

Изобретение относится к области процессов и аппаратуры для синтеза, очистки и разделения фуллеренов. .

Изобретение относится к конструкциям массообменных аппаратов и может быть использовано в пищевой промышленности для экстрагирования целевого компонента водой из измельченного растительного сырья или экстрагирования из твердых тел в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к массообменным аппаратам для проведения процессов экстракции в системе "твердое тело-жидкость" и может использоваться в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к технологии производства средства для биологической защиты растений и касается способа производства композиции для обработки растений, предусматривающего гидролиз биомассы микромицета семейства Mortierella или Pythium, ее экстрагирование жидким экстрагентом, выбранным из группы, включающей низшие спирты, предельные или непредельные углеводороды, содержащие до 10 атомов углерода в молекуле, их галогенпроизводные, инертные газы, азот, закись азота, двуокись углерода и их смеси, отделение экстракта и введение в него неактивных компонентов с получением целевого продукта, отличающегося тем, что в процессе гидролиза давление в реакционной смеси периодически сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, и повышают до исходного значения.
Изобретение относится к технологии производства средства для биологической защиты растений и касается способа получения препарата для обработки растений, предусматривающего ферментолиз биомассы микромицета семейства Mortierella или Pythium, ее экстрагирование жидким экстрагентом, выбранным из группы, включающей низшие спирты, предельные или непредельные углеводороды, содержащие до 10 атомов углерода в молекуле, их галогенпроизводные, инертные газы, азот, закись азота, двуокись углерода и их смеси, отделение экстракта и введение в него неактивных компонентов с получением целевого продукта, отличающийся тем, что в процессе ферментолиза давление в реакционной смеси периодически сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, и повышают до исходного значения.

Изобретение относится к конструкциям тепло- и массообменных аппаратов и может быть использовано в области экстракции и концентрирования примесей

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для экстракции фуллеренов из фуллереновой сажи

Наверх