Способ модификации поверхности углерода


 


Владельцы патента RU 2502715:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)

Изобретение относится к способу модификации поверхности углерода окисью меди. Способ включает подготовку суспензии углерода в водном растворе ацетата меди при массовом соотношении С:H2O:Cu(CHCOO)2·H2O=1:10…15:0,25…0,30, нагревание до 90…100°C, дозирование водного раствора едкого натра в суспензию углерода при мольном соотношении ацетата меди к едкому натру Cu(CH3COO)2·H2O:NaOH=1:1,05…1,2 в течение 20…30 минут, добавление водного раствора поверхностно-активного вещества - октилфенилового эфира полиэтиленоксида к углероду при массовом отношении ОФП:С=0,005…0,02:1. Затем выдерживают при перемешивании 10…15 минут, охлаждают до 25…30°C. Далее проводят отфильтровывание, промывание водой и сушку при температуре 90…100°C до постоянного веса. Изобретение позволяет модифицировать поверхность углерода окисью меди с максимальным выходом. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к способу получения компонентов твердого ракетного топлива (ТРТ) баллиститного и смесевого типа с повышенными характеристиками горения, которые используют для увеличения дальности стрельбы, уменьшения разгара материала стволов, маскировки траектории и места старта ракеты.

Известно, что регулирование скорости горения и ее зависимости от температуры и давления в твердых ракетных топливах (ТРТ) осуществляется путем использования катализаторов горения. Наиболее эффективным способом введения их в топливную массу является метод химического осаждения на поверхность углерода в виде мелкодисперсного порошка.

Из литературы известно о высаживании оксидов металлов на наполнители: нитроцеллюлозу, октоген в статье (С.И.Яковлев «Механизм действия катализаторов на горение порохов». Физика горения и взрыва, 1991. т.27, №1, с.33-36).

Известно, что применение оксидов металлов, например, оксида меди, позволяет ускорить разложение октогена, что способствует повышению скорости горения и снижению его зависимости от давления.

Известен ряд статей по высаживанию оксидов металла на кристаллы октогена из солей тяжелых металлов и органических кислот (Степанов Р.С.с сотрудниками, Физика горения и взрыва, 1999. т.35, №3, с.52-56; 2000. т.36, №5, с.74-77; 2004. Т.40, №5, с.86-90).

Все приведенные методы получения оксида меди на поверхности окто-гена связаны с применением органического растворителя, который после осаждения осадка необходимо либо отогнать, либо испарить при перемешивании с открытой поверхности.

В работе института химии и химической технологии СО РАН, г.Красноярск «Свойства модифицированных медью пористых углеродных материалов, полученных пиролизом металлзамещенной целлюлозы и древесины осины» («Химия растительного сырья», 2001, №4, с.59-64) исследованы свойства пористых углеродных материалов, полученных пиролизом модифицированных ионами Си образцов сульфитной целлюлозы и древесины осины. В этой работе для приготовления металлсодержащих пористых углеродных материалов применяется метод внедрения соединений меди в целлюлозный материал с последующей карбонизацией при повышенных температурах. Например, опилки осины с фракцией ≤2 мм пропитывалась водным растворами Cu(NO3)2, Cu(CH3COO)2, Cu(NH3)n(OH)2 различной концентрации. Избыток раствора удаляли фильтрованием и высушивали до воздушно-сухого состояния. Пиролиз образцов осуществляли в кварцевом реакторе при температурах до 600°C.

Недостатком такого метода является недостаточно высокое содержание Cu+2 в углеродном материале.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в разработке способа модификации поверхности углерода в виде дисперсии окиси меди в водном растворе ацетата меди с максимальным выходом в присутствии поверхностно-активного вещества. Проведение процесса в воде исключает его пожароопасность.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что готовят суспензию углерода в водном растворе ацетата меди при массовом соотношении C:H2O:Cu(CHCOO)2·H2O=1:10…15:0,25…0,3, нагревают до 90…100°C и дозируют водный раствор едкого натра в суспензию углерода при мольном соотношении ацетата меди к едкому натру Cu(CH3COO)2·H2O:NaOH=1:1,05…1,2 в течение 20…30 минут и добавляют водный раствор поверхностно-активного вещества - октилфенилового эфира полиэтиленоксида (ОФП) при массовом отношении ОФП:С=0,005…0,02:1 выдерживают при перемешивании 10…15 минут, охлаждают до 25…30°C, отфильтровывают, промывают водой, сушат при температуре 90…100°C до постоянного веса.

Медные соли при термораспаде образуют мелкодисперсные частицы окиси меди, снижающие температуру разложения в составах, и оказывают положительное влияние на характеристики горения.

Выделенный углерод, покрытый окисью меди, представляет собой порошок черного цвета, который хорошо рассыпается, не комкуется, не слеживается.

Осаждение кристаллов окиси меди происходит в момент их образования, что обеспечивает их высокую дисперсность.

Адгезия кристаллов окиси меди достигается за счет использования поверхностно-активного вещества - октилфенилового эфира полиэтиленоксида (ОФП).

Высаживание окиси меди протекает в две стадии по схеме:

Cu(CH3COO)2+NaOH↔Cu(OH)(CH3COO)+CH3COONa

На первой стадии образуется оксиацетат меди, который при нагревании переходит в окись меди.

Cu(OH)(CH3COO)↔CuO|+CH3COOH

Продолжительность процесса осаждения окиси меди на углерод составляет ~ 20…30 минут.

Температурные пределы процесса высаживания окиси меди на углерод составляют 90…100°C. Снижение температуры ниже 90 C приводит к замедлению процесса гидролитического распада оксиацетата меди. Верхний предел ограничен температурой кипения воды (таблица 1, опыт 4-5).

Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице, в которой приведены параметры технологического процесса, осаждения дисперсии окиси меди на углероде.

Таблица
п/п Соотношение С:H2O:Cu(CHCOO)2H2O, (мас.ч) Температура, °C Соотношение Cu(CH3COO)2H2O:NaOH (моли) Время дозировки, (мин) Концентрация ОФП, % Время выдержки, мин Выход окиси меди, %
1 2 3 4 5 6 7 8
1 1:8:0,21 80 1:0,9 10 0,003 7 96,8
2 1:10:0,25 90 1:1,05 15 0,005 10 99,6
3 1:12:0,27 95 1:1,1 20 0,01 12 99,7
4 1:15:0,3 100 1:1,2 30 0,02 15 99,9
5 1:20:0,3 100 1:1,3 40 0,02 20 98,1

Массовое соотношение оощего количества воды и углерода составляет 10…15:1, что связано с хорошим перемешиванием массы. Увеличение количества воды способствует снижению производительности аппарата.

Массовое соотношение ОФП к углероду составляет 0,005…0,02 это позволяет почти полностью высадить оксид меди на углерод.

Время дозирования водного раствора едкого натра составляет 20…30 минут. Уменьшение времени дозировки способствует образованию агломератов кристаллов окиси меди. Увеличение времени более 30 минут способствует увеличению производственного цикла.

Пример выполнения предлагаемого изобретения.

В обогреваемый реактор, снабженный механической мешалкой, термопарой и воронкой для дозирования, помещают раствор, состоящий из 1500 мас.ч. воды и 25…30 мас.ч. ацетата меди, включают перемешивание и загружают 100 мас.ч. углерода технического, нагревают до 90° и дозируют водный раствор едкого натра при мольном соотношении ацетат меди и едкого натра - 1:1,05…1,2 в течение 20…30 минут. После окончания дозировки приливают водный раствор поверхностно-активного вещества в количестве 0,02 мас.ч. к углероду и выдерживают 10…15 минут. Состав охлаждают до 25…30°C, отфильтровывают, сушат при 90-100°C до постоянного веса. Выход окиси меди на углерод составляет 99,6…99,9% (таблица 1, опыт 2-4).

Положительный эффект изобретения состоит в получении дисперсии окиси меди и высаживание ее на углерод. Полученный продукт - компонент, состоящий из углерода с осажденной дисперсией окиси меди с использованием ОФП, применяется для изготовления баллиститного состава, так и смесевого твердого ракетного топлива.

Приготовление состава осуществляется по технологии получения баллиститного топлива, а именно, состоит из приготовления топливной массы, отжим, вальцевание, сушка и формование топливных элементов.

Улучшение характеристик горения достигается за счет равномерного дисперсионного осаждения окиси меди на углерод на молекулярном уровне и равномерного распределения по всей поверхности. Предлагаемый способ модификации поверхности углерода для льдообразующего состава проверен в промышленных условиях ОАО «НИИПМ».

Способ модификации поверхности углерода окисью меди, включающий подготовку суспензии углерода в водном растворе ацетата меди при массовом соотношении C:H2O:Cu(CHCOO)2·H2O=1:10…15:0,25…0,30, нагревание до 90…100°C, дозирование водного раствора едкого натра в суспензию углерода при мольном соотношении ацетата меди к едкому натру Cu(CH3COO)2·H2O:NaOH=1:1,05…1,2 в течение 20…30 мин, добавление водного раствора поверхностно-активного вещества - октилфенилового эфира полиэтиленоксида к углероду при массовом отношении ОФП:С=0,005…0,02:1, выдерживание при перемешивании 10…15 мин, охлаждение до 25…30°C, отфильтровывание, промывание водой и сушка при температуре 90…100°C до постоянного веса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу понижения содержания углерода в золе из топки, включающему операцию нагревания в топке ископаемого топлива в присутствии присадки - улучшителя топлива, в составе которой преобладают оксид железа и диоксид кремния.

Изобретение относится к способу снижения выбросов от топок с факельным сжиганием топлива, включающему подачу адсорбента в топку и сбор отработанного адсорбента, отличающемуся тем, что подачу адсорбента производят в дымовые газы, образованные в послепламенной зоне котла, в количестве 5-7% от расхода топлива.

Изобретение относится к присадке к топливу на основе алифатических спиртов, карбамида (мочевины) и воды, отличающейся тем, что она дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении компонентов, % мас.: алифатические спирты С2-С4 10-97,99 карбамид (мочевина) 1-30борная кислота0,01-3 вода 1-85Также изобретение относится к топливной композиции на основе жидкого или твердого топлива с добавлением указанной присадки в количестве 0,0001-0,1 мас.%.

Изобретение относится к способу получения брикетированного твердого топлива, который может снизить стоимость брикетирования при сохранении прочности брикетированного продукта.
Изобретение относится к способу получения угольных брикетов из угольного шлама и угольной мелочи со связующим - водным раствором полиэлектролита - флокулянта на основе полиакриламида (ПАА).

Изобретение относится к технологиям окисления и может быть использовано в системах сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива, применяемых в промышленности (обжиг, плавка, пирометаллургия и т.п.), коммунальном хозяйстве (сжигание отходов, бойлерные и т.п.), энергетике (различные виды двигателей внутреннего сгорания, теплоэнергетические установки и т.п.) для получения работы и/или получения энергии.
Изобретение относится к топливно-энергетической сфере для улучшения свойств лигнина, используемого в качестве горючего. .

Изобретение относится к области коксохимического и доменного производства. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях для повышения эффективности сжигания низкореакционного твердого топлива.
Изобретение относится к получению смесевых твердых топлив как источников энергии твердотопливных ракетных двигателей и газогенераторов различного назначения. .
Изобретение относится к области ракетной техники и касается разработки крепящей полимерной композиции, предназначенной для скрепления забронированного заряда из твердого ракетного топлива (ТРТ) с корпусом газогенератора (ГГ), исключающего продольное перемещение заряда в корпусе ГГ.
Предложенное изобретение относится к пиротехнике, а именно пиротехническим средствам для иллюминации, увеселительных, зрелищных и сигнальных целей. Согласно изобретению при изготовлении пиротехнических составов салютов и фейерверков предлагается использовать отходы материала сгорающей гильзы.
Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано в технологии приготовления пиротехнических составов со стабильными рабочими характеристиками.

Изобретение относится к области утилизации зарядов из баллиститных порохов с последующей переработкой их в конверсионные промышленные вещества. Установка для измельчения зарядов из баллиститных порохов содержит станину, узел загрузки, состоящий из бункера с желобом, узел резки с режущими пластинами, узел охлаждения.

Изобретение относится к области утилизации твердого ракетного топлива. Способ отрезания фрагмента заряда включает в себя движение на заданную длину заряда, остановку движения заряда, отрезание фрагмента заряда ножом, связанным с поршнем гидроцилиндра.

Изобретение относится к технологии изготовления пироксилиновых порохов, а именно, удаления влаги из пороховых элементов. Способ включает двухступенчатое удаление из пороховых элементов приобретенной при вымочке влаги.

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия. Способ получения сферического пороха включает перемешивание компонентов в реакторе, приготовление порохового лака в этилацетате, диспергирование в присутствии клея и отгонку растворителя, при этом диспергирование порохового лака проводят в реакторе объемом 6,5 м3 лопастными мешалками с переменным углом наклона, установленными в нижней консольной части вала в 3-4 ряда под углом 90° относительно предшествующей лопасти.

Изобретение относится к области разработки порохов для стрелкового оружия, в частности к заряду для охотничьего патрона 7,62×51М. Заряд состоит из сферического пороха с размером частиц 0,4…0,8 мм.
Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия, в частности гладкоствольного дробового оружия. Способ включает перемешивание компонентов, приготовление порохового лака этилацетате, диспергирование в присутствии клея, отгонку этилацетата и сушку.

Изобретение относится к области получения сферических порохов для стрелкового оружия. Способ сушки сферического пороха, включающий подачу сферического пороха с графитом в пневмотранспортную линию, а после чего через циклон-осадитель на сушку, при котором порох с графитом при температуре от 50 до 100°C подают через пневмотранспортную линию в аппарат предварительной сушки, представляющий собой трубу, выполненную из двух ступеней.

Изобретение относится к области изготовления зарядов смесевого твердого топлива, формуемым свободным литьем непосредственно в бронечехол, предварительно установленный в пресс-форму (изложницу). В устройстве формования, содержащем стальной корпус, дно с опорой на подставку и бронечехол, внутренняя часть стального корпуса повторяет наружную форму бронечехла, выполненного в виде трубы ступенчатой формы и сферического дна. Для радиальной фиксации устройства при эксплуатации с длинномерными зарядами корпус дополнительно снабжен по наружной поверхности тремя кольцевыми ребрами жесткости и верхним фланцем. Для осевой фиксации устройства нижнее и верхнее ребра жесткости выполнены с кольцевыми фланцами. Подставка имеет массивное основание, диаметр которого в 2-2,2 раза превышает диаметр корпуса. Изобретение обеспечивает формование длинномерных зарядов ступенчатой формы со сферическим дном, а также жесткость и устойчивость пресс-формы на всех технологических операциях. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Наверх