Способ получения фуллеренов


 


Владельцы патента RU 2507152:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение может быть использовано при электрохимической очистке сточных вод, имеющих сложный состав органического происхождения и ряд неорганических компонентов. Проводят электрохимическую обработку сточных вод, содержащих органические примеси, в анодной камере двухкамерного электролизера под действием переменного асимметричного тока плотностью 500 мА/дм2 с асимметрией 7-10 (отношением плотности тока отрицательного полупериода к плотности тока положительного полупериода Iк/Iа) и частотой тока 1900-2200 Гц. Затем воду отстаивают и/или центрифугируют, полученный осадок в виде суспензии промывают и обрабатывают толуолом. Технический результат: получают кластеры С60 с минимальными энергетическими и материальными затратами.

 

Изобретение относится к производству фуллеренов, а именно к электрохимическому получению фуллеренов из отходов, получающихся при электрохимической очистке сточных вод, имеющих сложный состав органического происхождения и ряд неорганических компонентов.

Известны способ и устройство для электрохимического метода обработки воды [«Способ электрохимической очистки воды», А.Н. Диденко, А.Н. Чижов, С.В. Образцов и Л.Е. Марков. А.С. SU №1171428 А, от 03.12.82. опубл. 07.08.85. Бюл №29], которые могут быть использованы при очистке природных, технологических и сточных вод от примесей органического и неорганического происхождения; организации оборотного водоснабжения, обеспечение водой малонаселенных, осваиваемых районов; предварительной подготовки воды для дальнейшего глубокого обессоливания, например электродиализом и т.д. Недостатком способа является невозможность очистки сточных вод со сложным составом примесей неорганического и органического происхождения, позволяющего получать осадок после обработки сточной воды в анодной камере содержащий элементарный углерод в виде мелкодисперсного порошка (сажи).

Известны способ и устройство для получения нанодисперсного углерода [см. патент RU №2344074 C1 C01B 31/00, В82В 3/00 «Способы получения нанодисперсного углерода и устройство для их реализации» Каргопольцев В.А., Носачев Л.В., Прохоров Р.В. от 15.03.2007, опубл. 20.01.2009 Бюл. №2], которые использованы при получении твердофазных наноструктурированных материалов, в частности ультрадисперсных алмазов, фуллеренов и углеродных нанотрубок. Смесь, состоящую из углеродосодержащего вещества и окислителя, готовят с отрицательным кислородным балансом. В качестве углеродосодержащего вещества, используют ацетилен или керосин. Смесь, содержащую ацетилен, вводят в детонационный объем, выполненный в виде полузамкнутой резонансной камеры с коэффициентом избытка окислителя не менее 0,14 через пористую стенку и с коэффициентом избытка окислителя более 0,96 через кольцевое сверхзвуковое сопло. Смесь, содержащую керосин, подогретую при давлении 0,2-25 МПа до 640-860°С, вводят в камеру с коэффициентом избытка окислителя менее 0,12 через пористую торцевую стенку, а с коэффициентом избытка окислителя более 0,9, подогретую при давлении 0,6 МПа до 640-860°С, - через кольцевое сверхзвуковое сопло. В камере при помощи инициатора производят детонацию смеси. Процесс проводят периодически в квазистационарном режиме с частотой 100-20000 Гц при скорости охлаждения продуктов детонации 2 105-106 К/с. Способ снижает трудоемкость процесса, уменьшается масса и габариты устройства, повышается качество за счет снижения примесей в продуктах детонации при их быстром выбросе в вакуум или инертную среду.

Известны способ и устройство для получения фуллереносодержащей сажи (см. патент RU №2234457, МПК СO1В 31/02, опубликован 20.08.2004). Способ производства фуллереносодержащей сажи заключается в испарении графита в электрической дуге между коаксиальными графитовыми электродами, размещенными в атмосфере инертного газа, один из которых непрерывно перемещается в зону электрической дуги через зону тлеющего разряда. На перемещаемый в зону электрической дуги графитовый электрод подают электрическое напряжение попеременно положительной полярности в течение 2-15 мин. и отрицательной полярности в течение 1-5 мин. Сформировавшиеся внутри дуги продукты удаляются оттуда кольцевым потоком инертного газа, направленным вдоль оси электродов через область, отстоящую на расстояние R>45 мм от оси электродов. В способе предусмотрена дополнительная операция дегазации электрода тлеющим разрядом. Устройство включает плазменный реактор в виде герметичной цилиндрической камеры с системой циркуляции инертного газа со средством улавливания фуллереносодержащей сажи, с размещенными по оси камеры двумя графитовыми стержневыми электродами, один из которых неподвижно закреплен в охлаждаемом токовводе, а другой установлен во втором охлаждаемом токовводе. с возможностью осевого поступательного перемещения. Реактор дополнительно снабжен камерой обезгаживания подвижного графитового электрода тлеющим разрядом, система циркуляции инертного газа снабжена кольцевым щелевым соплом, размещенным коаксиально электродам, а средство улавливания фуллереносодержащей сажи снабжено электрофильтром, установленным на входе системы циркуляции инертного газа. К недостаткам относится осаждение катодного депозита заполярности, относительно невысокая производительность по саже и фуллеренам при значительных затратах энергии, возможность срыва дуги потоком инертного газа и прожигания стенки разрядной камеры.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа производства фуллеренов, который обеспечивает высокую производительность по фуллеренам при минимальных затратах энергии, снижение материальных затрат, в том числе и затрат на исходные материалы. Задача достигается тем, что проводят электрохимическую обработку фекальных сточных вод, содержащих органические примеси, в анодной камере двухкамерного электролизера под действием переменного асимметричного тока плотностью 500 мА/дм2 с асимметрией 7-10 (отношением плотности тока отрицательного полупериода к плотности тока положительного полупериода Iк/Iа) и частотой тока 1900-2200 Гц, затем воду отстаивают и/или центрифугируют, полученный осадок в виде суспензии обрабатывают толуолом.

Пример реализации способа.

Один литр исходной фекальной сточной воды обрабатывается в анодной камере двухкамерного электролизера, где под действием переменного асимметричного тока плотностью 500 мА/дм2 с частотой 2100 Гц и асимметрией (отношением плотности тока отрицательного полупериода к плотности тока положительного полупериода Iк/Iа) S=8. Происходит анодное восстановление углерода, содержащегося в молекулах органических примесей в исходной фекальной воде и он выпадает в осадок в виде элементарного углерода. После обработки вода с осадком поступает в отстойник. После отстаивания и/или центрифугирования и промывки фуллерены экстрагируются из осадка в виде суспензии толуолом.

Из полученного осадка весом 5 г в раствор толуола переходит 0,65 г углерода, что составляет 13% вещества. Анализ показал, что получены кластеры С60.

Технический результат: высокая эффективность способа позволяет получать кластеры углерода С60 с минимальными энергетическими и финансовыми затратами из отходов (фекальных сточных вод). Высокая эффективность заключается в том, что в отличие от существующих способов получения фуллеренов предлагаемый способ использует в качестве сырья дешевые материалы, он прост и сравнительно недорог в изготовлении оборудования для реализации, причем одновременно происходит очистка фекальных сточных вод, что является основным процессом, и получение фуллеренов, что является сопутствующим процессом.

Способ получения фуллеренов, включающий электрохимическую обработку сточных вод, содержащих органические примеси, в анодной камере двухкамерного электролизера под действием переменного асимметричного тока плотностью 500 мА/дм2 с асимметрией 7-10 (отношением плотности тока отрицательного полупериода к плотности тока положительного полупериода Iк/Iа) и частотой тока 1900-2200 Гц, затем воду отстаивают и/или центрифугируют, полученный осадок в виде суспензии обрабатывают толуолом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых методом флотации, в частности для извлечения из пульп полиметаллических руд легкошламующихся минералов совместно с известными способами флотации или самостоятельно, например, для извлечения драгоценных металлов из хвостов гравитационного обогащения, и может быть использовано для обогащения мелко- и тонковкрапленных полиметаллических руд.
Изобретение относится к области средств очистки окружающей среды, а именно средств очистки акватории от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, и может быть использовано при попадании в водную среду нефти и нефтепродуктов.

Изобретение относится к технологиям очистки вод природных источников для дальнейшего их использования в качестве исходной воды для получения пара в процессах паровой или парокислородной конверсии углеводородных газов (производство синтез-газа).

Изобретение может быть использовано для приготовления ультрачистой воды, безопасной для употребления человеком, в результате сорбционной очистки питьевой воды от вирусов.
Изобретение относится к способам получения растворов с заранее заданными свойствами, которые могут найти применение в химической технологии, медицине, сельском хозяйстве, в частности в виноградарстве.

Изобретение относится к устройству для очистки нефтесодержащих сточных вод и может быть использовано в области подготовки нефтепромысловых сточных вод, используемых в системе поддержания пластового давления при заводнении нефтяных месторождений.

Изобретение относится к системе очистки сбросового потока, такого как ливневая вода и сточные воды, содержащего твердые частицы и растворенные вещества. Система водоочистки содержит, по меньшей мере, один слой удержания, сконструированный для получения воды, текущей в систему, причем слой удержания содержит среды, имеющие состав, предназначенный для удержания фосфора, содержащие остатки водоочистки; дренажный слой, включающий в себя дренажную систему под слоем удержания, причем слой удержания и дренажный слой сконструированы и размещены так, что, по меньшей мере, часть воды, проходящей через слой удержания, будет приниматься дренажной системой.

Изобретение относится к технике обработки воды озонированием и может быть использовано, в частности, для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и населенных пунктов, для дезинфекции оборотной воды бассейнов.

Изобретение относится к очистке дренажного стока и может быть использовано для получения дополнительных объемов чистой воды для оросительной мелиорации. Предварительно в сбросном канале скашивают сорную растительность до уровня воды и оставляют ее для просушки.
Изобретение может быть использовано для очистки стоков гальванических производств. Способ очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов низкочастотным импульсным полем включает обработку в гетерогенной среде, создаваемой гидроксидом кальция в количестве не менее 12 ммоль/л, в электромагнитном аппарате с использованием энергии переменного электромагнитного поля, создаваемого магнитными элементами из магнитотвердого материала, движущимися под воздействием этого поля.

Изобретение может быть использовано при глубокой переработке пыли, уловленной из отходящих газов электротермического производства кремния. Репульпируют водой при соотношении жидкого к твердому (15-20):1 техногенный отход в виде пыли, содержащей углеродные наночастицы, обрабатывают водным раствором фтористоводородной кислоты с концентрацией 15-32%, нейтрализуют аммиаком до pH 6,5-8,5.

Изобретение может быть использовано в производстве катализаторов, электродов, токопроводящих элементов, фильтров. Твердый политетрафторэтилен (ПТФЭ) подвергают пиролизу без доступа воздуха в плазме импульсного высоковольтного электрического разряда при атмосферном давлении с амплитудой импульсов не менее 9 кВ.

Изобретение может быть использовано при изготовлении прозрачных электродов и приборов наноэлектроники. Графеновую пленку получают осаждением в вакууме углерода из углеродсодержащего газа на подложку, покрытую катализатором, предварительно нагретую до температуры, превышающей разложение углеродсодержащего газа.

Изобретение может быть использовано в электрохимических и электрофизических устройствах. Осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию титана или циркония с плотностью тока от 0,1 до 3,0 мА·см-2 в расплаве хлоридов щелочных металлов, содержащем от 0,1 до 1,0 мас.% порошка карбида бора при температуре 843-873 К в атмосфере аргона.

Изобретение относится к эрозионностойким теплозащитным композиционным материалам и может быть использовано для создания деталей защиты поверхностей гиперзвуковых спускаемых аппаратов (ГСА).

Изобретение может быть использовано при изготовлении высокопрочных комплексных углеродных нитей и композиционных материалов для авто- и/или авиастроения. Углеродсодержащий компонент, активатор и прекурсор катализатора роста углеродных нанотрубок вводят в поток газа-носителя через средство для их ввода с образованием смеси.

Изобретение может быть использовано при изготовлении модификаторов эпоксидных композитов, микробицидов с анти-ВИЧ активностью, не проявляющих цитотоксичности, антиоксидантных добавок в косметические средства.

Изобретение может быть использовано при изготовлении материалов для электронной техники, присадок для ракетных топлив, катализаторов, смазочных масел и полимерных покрытий.
Изобретение относится к химической промышленности. Фуллеренсодержащую сажу смешивают с жидкостью, взаимодействующей с находящимися в саже фуллеренами, например, с водным раствором щелочи концентрацией не менее 0,5 мас.%, из ряда, включающего КОН, NaOH, Ва(ОН)2 и/или с перекисью водорода Н2О2, при соотношении к саже 1:(20-300) мл/г.
Изобретение может быть использовано при получении модифицирующих добавок для строительных материалов. Дисперсия углеродных нанотрубок содержит, мас.%: углеродные нанотрубки 1-20; поверхностно-активное вещество - натриевую соль сульфинированного производного нафталина 1-20; аэросил 5-15; вода - остальное.

Изобретение относится к области магнитных наноэлементов. В магниторезистивной головке-градиометре, содержащей подложку с диэлектрическим слоем, на котором расположены соединенные в мостовую схему немагнитными низкорезистивными перемычками четыре ряда последовательно соединенных такими же перемычками в каждом плече мостовой схемы тонкопленочных магниторезистивных полосок, содержащих каждая верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка, первый изолирующий слой поверх тонкопленочных магниторезистивных полосок, на котором сформирован первый планарный проводник с рабочими частями, расположенными над тонкопленочными магниторезистивными полосками, и второй изолирующий слой, второй планарный проводник, проходящий над и вдоль рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски, и защитный слой, при этом все тонкопленочные магниторезистивные полоски расположены в один ряд, во всех тонкопленочных магниторезистивных полосках ОЛН ферромагнитной пленки направлена под углом 45° относительно продольной оси тонкопленочной магниторезистивной полоски, а рабочее плечо мостовой схемы, ближайшее к краю головки-градиометра, удалено от трех балластных плеч мостовой схемы, ширина балластной тонкопленочной магниторезистивной полоски в N раз меньше ширины рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски, а балластный ряд мостовой схемы состоит из набора N параллельно соединенных тонкопленочных магниторезистивных полосок.
Наверх