Композитный материал c/al2o3 и способ его получения



Композитный материал c/al2o3 и способ его получения
Композитный материал c/al2o3 и способ его получения
Композитный материал c/al2o3 и способ его получения
Композитный материал c/al2o3 и способ его получения
Композитный материал c/al2o3 и способ его получения

 


Владельцы патента RU 2552634:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к мезопористому композитному материалу "углерод на оксиде алюминия" C/Al2O3 для использования в качестве сорбента или носителя для катализатора. Данный материал характеризуется тем, что равномерный, непрерывный и плотный слой пиролитического углерода имеет толщину углеродного покрытия, близкую к монослойному покрытию, равную 0,4-0,5 нм, плотность осажденного углеродного покрытия, равную ρС=2.0-2.1 г/см3, удельную поверхность SБЭТ=90-200 м2/г, суммарный объем пор ΣVпор≤0,4 см3/г, средний размер пор DБЭТ≤10 нм, наиболее вероятный размер пор DBJH=5-7 нм при отсутствии микропор. Изобретение также относится к способу изготовления такого мезопористого композитного материала. Предлагаемый мезопористый композитный материал имеет высококачественное тонкое углеродное покрытие, которое полностью и раномерно покрывает внешнюю поверхность и стенки пор гранулированного γ-Al2O3. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 10 пр.

 

Изобретение относится к области приготовления мезопористых углеродсодержащих композитных материалов с высоким качеством углеродного покрытия. К мезопористым углеродсодержащим композитным материалам относятся материалы, представляющие собой мезопористую матрицу, внешняя поверхность и стенки пор которых покрыты тонким непрерывным слоем углерода.

Углеродные материалы (УМ) привлекают растущее внимание как перспективные сорбенты и носители для коммерческих металлических катализаторов. Они имеют ряд уникальных свойств, таких как химически инертная природа поверхности в сочетании с легкостью ее контролируемой функционализации, слабое взаимодействие металл-носитель, хорошая электрическая и термическая проводимость. Однако область их использования ограничивается тем, что: (1) большая часть коммерчески доступных углеродных материалов являются микропористыми, что препятствует их использованию в реакциях с участием больших молекул (мезопористая структура значительно облегчает внутридиффузионный перенос); (2) большинство известных УМ имеют низкую механическую прочность и неустойчивость к истиранию или маленькую поверхность.

Для того чтобы максимально использовать полезные свойства углеродных материалов, был предложен очевидный, однако требующий больших усилий подход. Идея заключается в синтезе композитного материала, в котором на внешнюю и внутреннюю поверхность мезопористой матрицы осажден тонкий непрерывный слой пиролитического углерода. В качестве матрицы для создания углеродсодержащих композитов могут быть использованы, например, оксиды металлов: Al2O3, SiO2, MgO, CaO, TiO2 (Inagaki M. Carbon coating for enhancing the functionalities of materials. Carbon 2012;50:3247-66). Оксид алюминия представляет особый интерес, так как является наиболее широко используемым носителем для коммерческих катализаторов. Его основными достоинствами являются идеальные механическая и термическая прочность и мезопористая текстура. К достоинствам УМ относятся такие их свойства, как отсутствие поверхностной кислотности, неполярный характер поверхности, слабое взаимодействие металл-носитель, относительно высокая проводимость. Композитный материал C/Al2O3 способен унаследовать лучшие свойства как оксида алюминия, так и углерода. Все эти свойства чрезвычайно полезны для таких применений C/Al2O3 композитных материалов, как активные сорбенты и носители, металл-С/Al2O3 каталитические составы и т.д. Так, например, Visser s JPR et al. (Carbon-covered alumina as a support for sulfide catalysts. J Catal 1988;114:291-302) использовали C/Al2O3 композиты как носители для кобальт-сульфидных катализаторов гидродесульфуризации с повышенной каталитической активностью. Misra Ch et al. US Patent 5093092(1992), US Patent 5270278(1993) сообщили об уникальных свойствах гибридного адсорбента C/Al2O3 с тонким углеродным покрытием адсорбировать больше органических примесей, чем эквивалентное количество активированного углерода, а также оксалат-ионы, которые обычно не адсорбируются углеродом. Rao et al. (US Patent 20060254989 A1, 2006) указывают на высокую антибактериальную эффективность наночастиц серебра, нанесенных на покрытый углеродом Al2O3, в очистке питьевой воды.

Согласно литературным данным, в C/Al2O3 композитах существует эффект согласованного взаимодействия (синергический эффект) между фазами оксида алюминия и углерода. Этот эффект повышается, если углерод полностью покрывает матрицу Al2O3 тонким и равномерно распределенным по поверхности слоем. Zheng MY et al. (Carbon-covered alumina: A superior support of noble metal-like catalysts for hydrazine decomposition. Catal Lett 2008; 121(1-2):90-96) получили существенно более высокие значения каталитической активности для нанесенных карбидов, нитридов и фосфидов молибдена в разложении гидразина, если композит C/Al2O3 (приготовленный методом импрегнирования-пиролиза) использовали как носитель вместо обычного Al2O3. Если углеродное покрытие было меньше монослойного или, напротив, состояло из нескольких слоев, катализаторы демонстрировали относительно низкие активности вследствие сильного взаимодействия между металлом и носителем или из-за низкой дисперсности металла на носителе, соответственно. При монослойном покрытии оксида алюминия углеродом нанесенные катализаторы показывали самую высокую эффективность в разложении гидразина.

В настоящее время существует два основных метода синтеза композитных материалов C/Al2O3, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Первым способом синтез композитов проводят по двухстадийной схеме «импрегнирование-пиролиз» (Lin L, et al. Uniformly Carbon-Covered Alumina and Its Surface Characteristics. Langmuir 2005; 21:5040-5046); Zheng MY et al. Carbon-covered alumina: A superior support of noble metal-like catalysts for hydrazine decomposition. Catal Lett 2008; 121 (1-2):90-96; Wang Y} et al. Delicately controlled synthesis of mesoporous carbon materials with thin pore walls. Acta Phys-Chim Sin 2011; 27:729-735). Достоинством способа является достаточно равномерный углеродный слой на поверхности матрицы. Суть метода состоит в том, что на первой стадии матрицу импрегнируют сильно разбавленным раствором органического соединения, например, циклогексена, сахарозы, полиуретана, мочевины, привитого 4,4-метилен-бис-(фенилизоцианата) и т.д. Полученный углеродсодержащий предшественник высушивают при 90-100°С, после чего на второй стадии процесса его пиролизуют при температурах 600-1200°С. Циклы «импрегнирование-пиролиз» повторяют до получения желаемого содержания углерода в композитном материале.

Многостадийный процесс «импрегнирование-пиролиз» вряд ли можно легко адаптировать к производству высококачественных C/Al2O3 в коммерческом масштабе из-за его сложности и необходимости анализа углеродного слоя после каждого цикла для корректировки качества конечного композита.

Второй подход к синтезу C/Al2O3 композитов основан на пиролизе легких углеводородов на поверхности оксида алюминия при температурах выше 400 С (Youtsey KJ et al. US Patent 4018943 (1977); Butterworth SL, Scaroni AW. Carbon-coated alumina as a catalyst support. 1. Preparation via liquid and vapor phase pyrolysis. Appl Catal 1985;16:375-88; Vissers JPR et al. Carbon-covered alumina as a support for sulfide catalysts. J Catal 1988; 114:291-302; Misra Ch et al. US Patent 5093092(1992)). Процесс проводят в проточном режиме, пропуская смесь углеводорода с инертным газом через турбулентный слой Al2O3. Как углеродные предшественники использовали такие углеводороды, как этилен, пропилен, пропан, пропан-бутановая смесь, бутадиен, гексан, бензол, этилбензол, циклогексен, сжиженный нефтяной газ. Согласно принятой в настоящее время терминологии, разложение углеводородных предшественников на пористых матрицах называют инфильтрацией химического пара (chemical vapor infiltration process, CVI). Альтернативно, процесс осаждения углерода, который включает разложение газофазного предшественника на массивных поверхностях, называют химическим осаждением из паровой фазы (chemical vapor deposition, CVD) (Delhaes P. Review. Chemical vapor deposition and infiltration processes of carbon materials. Carbon 2002; 40:641-657); Li A, Norinaga K et al. Modeling and simulation of materials synthesis: Chemical vapor deposition and infiltration of pyrolytic carbon. Compos Sci Technol 2008; 68:1097-1104).

Экономический эффект приготовления композитных материалов методом CVI очевиден: процесс технологически достаточно прост (одностадийная процедура), используются реагенты, имеющиеся в достаточном количестве и по доступным ценам. Недостатком метода является то, что из-за очень сложного механизма процесса трудной задачей является выяснение условий, обеспечивающих высокое качество углеродного покрытия.

Углеродные покрытия в мезопористых композитах C/Al2O3 начали изучать еще в 80-е годы в основном из-за необходимости повышения качества адсорбентов и носителей для коммерческих катализаторов. Misra Ch et al. (US Patent 5270278 (1993) заявили, что "преимущественно" непрерывное монослойное покрытие на поверхности оксида алюминия было получено при пиролизе пропана или бутадиена на оксиде алюминия с поверхностью SБЭТ=25-250 м2/г. Вывод о качестве покрытия был сделан из сопоставления содержания пиролитического углерода в полученных образцах (3.5-4.1 мас.% С) с расчетным количеством углерода, необходимого для идеального непрерывного графенового покрытия поверхности Al2O3 с SБЭТ=50 м2/г (4.4 мас.% С при плотности графита ρгр ~2,2 г/см3), что является достаточно некорректным. Прямые доказательства осаждения углерода в виде непрерывного монослойного покрытия не приведены. Для полного монослойного покрытия поверхности Al2O3, пиролитическим углеродом с большей или меньшей степенью упорядоченности атомов С в слое (ρC ~2 г/см3), вероятно, требуется количество углерода, превышающего расчетное. Другая проблема состоит в том, что на качество композитного материала при определенных условиях значительное влияние могут оказывать нежелательные реакции, например реакции углеводородов, протекающие в газовой фазе. Тем не менее, задачу осаждения углерода в форме непрерывного тонкого слоя на внешней поверхности и стенках пор Al2O3 можно решить, тщательно подбирая параметры CVI процесса (текстурные характеристики Al2O3 и режим ее термической предобработки, температуру разложения углеводорода, время контакта углеродного предшественника с матрицей Al2O3, скорость и продолжительность разложения).

Анализ литературы показывает, что проблемам развития реалистичных технологий для приготовления мезопористых композитных материалов C/Al2O3 с высоким качеством углеродных покрытий так же, как и методам оценки качества, все еще не уделяется достаточное внимание. До сегодняшнего дня нет сообщений о синтезе композитов C/Al2O3 с полным, равномерно диспергированным и близким к монослойному углеродным покрытием одностадийным CVI методом.

Наиболее близкое по качеству углеродное покрытие в С/γ-Al2O3 композитных материалах получено в работе: Lin L et al. Uniformly Carbon-Covered Alumina and Its Surface Characteristics. Langmuir 2005; 21:5040-5046. Композитные материалы C/γ-Al2O3 получали способом «импрегнирование-пиролиз». В качестве оксидной матрицы был использован коммерческий γ-Al2O3, по характеристикам пористой структуры (удельная поверхность, SБЭТ=128 м2/г, объем пор, ΣV=0,48 см3/г) близкий γ-Al2O3, использованному нами. Как углеродный предшественник использовали сахарозу, С12Н22О11. Процедура приготовления заключалась в следующем. На первой стадии оксид алюминия импергнировали разбавленным водным раствором сахарозы (весовое соотношение WC/WAl=0,3:1). После сушки при 90°С углеродсодержащий предшественник "сахароза/γ-Al2O3" пиролизовали в потоке N2 при Т=600°С. После 3-кратного повторения цикла «импрегнирование-пиролиз» получали композитный материал 12,5% С/γ-Al2O3 с равномерно диспергированным, близким к монослойному покрытием. Углеродное покрытие было неравномерным, если процесс приготовления композитного материала того же состава, 12,7% С/γ-Al2O3, проводили за один цикл «импрегнирование-пиролиз» с использованием более концентрированного раствора сахарозы (WC/WAl=0,8:1).

Изобретение решает задачу приготовления высококачественных композитных С/γ-Al2O3 материалов простым одностадийным chemical vapor infiltration (CVI) методом.

Технический результат - углеродсодержащий композитный материал С/γ-Al2O3 с очень высоким качеством тонкого углеродного покрытия, полностью и равномерно покрывающего внешнюю поверхность и стенки пор гранулированного γ-Al2O3:

Задача решается разработкой мезопористого композитного материала "углерод на оксиде алюминия" C/Al2O3, характеризующийся тем, что равномерный, непрерывный и плотный слой пиролитического углерода имеет толщину, близкую к монослойному покрытию, равную 0,4-0,5 нм, плотность осажденного углеродного покрытия, равную ρC=2.0-2.1 г/см3, удельную поверхность, SБЭТ=90-200 м2/г, суммарный объем пор, ΣVпοр≤0,4 см3/г, средний размер пор, DБЭТ≤10 нм, наиболее вероятный размер пор, DBJH=5-7 нм, при отсутствии микропор.

Мезопористый композитный материал "углерод на оксиде алюминия" C/Al2O3, готовят разложением газовой или парогазовой смеси, содержащей, мол.%: 2-25 легкого углеводорода или жидкого углеводорода и 75-98 аргона, на внешней поверхности и стенках пор гранулированного мезопористого γ-Al2O3, процесс ведут при температуре 750-850°С и при атмосферном давлении, при времени контакта 0.7-4.3 с, скорости осаждения пироуглерода 0.01-0.1 гС×гА1/ч, в отсутствие катализатора.

Гранулированный мезопористый γ-Al2O3 имеет удельную поверхность SБЭТ=90-200 м2/г, объем пор ΣVпор≤0,4 см3/г, средний размер гранул 100-250 мкм.

В качестве углеводорода можно использовать легкие газообразные, такие как: этилен, пропилен, бутан-пропановая смесь, бутадиен, и жидкие углеводороды, такие как: пиридин, гексен, бензол, циклогексен, сжиженный нефтяной газ.

Реакционная газовая смесь имеет следующий состав, мол.%: 2-25 углеводорода, 75-98 Ar.

Средний размер гранул γ-Al2O3, предпочтительно, 100-250 мкм.

Реакцию разложения газовых смесей состава (мол.%): 2-25 углеводорода, 75-98 Ar проводят в кварцевом вертикальном реакторе проточного типа с виброожиженным слоем Al2O3 при температурах 750-850°С и давлении 1 атм. Углеводороды (>99,99%) и Ar (>99,99%) используют без предварительной очистки, воздух пропускают через систему очистки газов GAS CLEANER для удаления следов примесей. В реактор загружают 1-5 г Al2O3. Реактор помещают в печь с электрообогревом и нагревают в потоке аргона или в атмосфере воздуха со скоростью нагрева 10°С/мин до температуры, при которой осуществляют разложение углеводородсодержащих смесей. После того, как температура в реакторе достигнет заданной, продувают реактор аргоном еще 30-40 мин и в реактор подают реакционную газовую или парогазовую смесь. Во втором режиме нагрева (если реактор с навеской Al2O3 нагревают до заданной температуры в атмосфере воздуха), при достижении желаемой температуры воздух выдувают из реактора аргоном и выдерживают в потоке аргона еще 30-40 мин. При разложении жидких углеводородов парогазовую смесь готовят in situ, пропуская аргон через барботер с жидким углеводородом. Температуру жидкого УВ в интервале 20-70°С регулируют контролируемым электрообогревом барботера. Объемная скорость подачи реакционных смесей составляет 1-6 л/ч. Продолжительность разложения углеводородных смесей варьируют в пределах 1-8 ч. После окончания эксперимента подачу реагентов прекращают и реактор охлаждают до комнатной температуры в токе аргона. Углеродсодержащий продукт высыпают и взвешивают.

Образцы Al2O3 и углеродсодержащие композитные материалы охарактеризованы элементным и рентгенофлюоресцентным анализом, термическим гравиметрическим анализом (ТГА), методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ BP), низкотемпературной адсорбции азота, денсиметрическими методами.

До сегодняшнего дня нет сообщений о том, что непрерывное равномерное углеродное покрытие с толщиной слоя, близкой к монослойному, было когда-либо получено инфильтрацией углеводородов в пористый оксид алюминия.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами, таблицами и иллюстрациями.

Пример 1.

В кварцевый реактор проточного типа помещают 1-5 г чистого оксида алюминия, Al2O3-1, с размером гранул 100-200 мкм. Помещают реактор в вертикально расположенную печь с электрообогревом и виброожиженный слой оксида алюминия нагревают со скоростью 10°С/мин до температуры 750°С в атмосфере воздуха. После того как температура в реакторе достигает 750°С, воздух из реактора выдувают аргоном и продувают реактор потоком аргона со скоростью 1-5 л/ч при давлении 1 атм еще 30-40 мин. Далее аргон заменяют на этиленсодержащую газовую смесь состава, об.%: 15С2Н4-85Ar. Через 6 ч подачу реакционной смеси прекращают, реактор охлаждают в потоке аргона до комнатной температуры и высыпают покрытые углеродом гранулы оксида алюминия.

Пример 2.

Отличается от примера 2 тем, что вместо оксида алюминия γ-Al2O3-1 с удельной поверхностью SБЭТ=140 м2/г и размером гранул 100-200 мкм используют Al2O3-2 с SБЭТ=200 м2/г и размером гранул 50-250 мкм.

Пример 3.

Отличается от примера 1 тем, что вместо реакционной смеси, об.%: 15C2H4 -85 Ar используют пропиленсодержащую смесь 15С3Н6 -85 Ar.

Пример 4.

Отличается от примера 1 тем, что 1) виброожиженный слой γ-Al2O3-1 нагревают со скоростью 10°С/мин не в атмосфере воздуха, а в потоке аргона со скоростью 1-5 л/ч, 2) концентрацией этилена в реакционной смеси. Используют реакционную смесь состава, об.%: 5С2Н4 -95 Ar.

Пример 5.

Отличается от примера 4 тем, что реакцию разложения этиленсодержащей смеси проводят при температуре 800°С.

Пример 6.

Отличается от примера 5 тем, что реакцию разложения этиленсодержащей смеси проводят при температуре 850°С.

Пример 7.

Отличается от примера 5 тем, что виброожиженный слой оксида алюминия нагревают со скоростью 10°С/мин до температуры 800°С в атмосфере воздуха. После того, как температура в реакторе достигает 800°С, воздух из реактора выдувают аргоном и продувают реактор потоком аргона со скоростью 1-5 л/ч при давлении 1 атм еще 30-40 мин.

Пример 8.

Отличается от примера 6 тем, что 1) вместо оксида алюминия γ-Αl2O3-1 с удельной поверхностью SБЭТ=140 м2/г и размером гранул 100-200 мкм используют Al2O3-2 с SБЭТ=200 м2/г и размером гранул 50-250 мкм, 2) реактор нагревают от комнатной температуры до 800°С в потоке Ar (1-5 л/ч).

Пример 9.

Отличается от примера 8 тем, что в качестве углеродсодержащего предшественника используют не этилен, а жидкий углеводород - циклогексен, С6Н10. Реакционную смесь С6Н10-Ar получают, пропуская Ar через расположенный перед входом в реактор барботер, заполненный циклогексеном. Т° барботера = 60°С±3°С.

Пример 10.

Отличается от примера 9 тем, что в качестве жидкого углеродсодержащего предшественника используют не циклогексен, а пиридин, C5H5N.

Характеристики Al2O3, условия получения и состав углеродсодержащих композитных материалов, содержание углерода в образцах и характеристики структуры композитов приведены в таблицах 1-3.

На Фиг. 1 приведены электронно-микроскопические снимки чистого оксида алюминия (γ-Al2O3-1) (а) и С/γ-Al2O3 композитных материалов, приготовленных по примерам 1 (b) и 4 (с), иллюстрирующие тонкое покрытие внешней поверхности и стенок пор оксида алюминия слоем углерода. На врезке Фиг. 1 (b) показано увеличенное изображение наночастицы Al2O3 с монослойным покрытием поверхности.

На Фиг. 2 приведен электронно-микроскопический снимок (ПЭМ BP) образца композита, демонстрирующий близкое к монослойному углеродное покрытие на стенках пор и поверхности оксида алюминия. Для визуализации покрытия образец нанесен на сетку микроскопа тонким слоем.

Фиг. 3 показывает кривые распределения пор по размерам для чистого Al2O3-1 (а) и С/Al2O3 композита, приготовленного по примеру 1 (b), до и после их выдерживания в 3.6М HCl в течение 2.5 месяцев, свидетельствующие: (а) об умеренной растворимости незауглероженного Al2O3-1 и (b) очень высокой устойчивости композитного материала в кислой среде (полное сохранение пористой структуры).

Впервые мезопористые композитные материалы C/Al2O3 с очень высоким качеством углеродного покрытия приготовлены методом инфильтрации пиролитического углерода (CVI метод) в пористый объем и на внешнюю поверхность мезопористой оксидной матрицы γ-Αl2O3. Особенность - простой одностадийный метод приготовления; равномерный, непрерывный и плотный слой пиролитического углерода с истинной плотностью ρC=2.0-2,1 г/см3 и толщиной, близкой к монослойному покрытию.

- Впервые мезопористые композитные материалы С/γ-Al2O3 с удельной поверхностью SБЭТ=100-200 м2/г и объемом пор VΣ=0.21-0.34 см3/г, отличающиеся очень высоким качеством углеродного покрытия, приготовлены простым одностадийным CVI методом (chemical vapor infiltration - метод инфильтрации химического пара), (при температурах 750-850°С и атмосферном давлении).

- В качестве углеродсодержащих предшественников могут быть использованы газообразные и жидкие углеводороды, например, этилен, пропилен, пропан-бутановая смесь, циклогексен, пиридин.

- В качестве мезопористой оксидной матрицы могут быть использованы коммерческие γ-Al2O3 с удельной поверхностью SБЭТ=50-300 м2/г.

- Впервые непрерывное, близкое по толщине к монослойному, плотное и равномерно диспергированное покрытие внешней поверхности и стенок пор Al2O3 наноразмерным слоем углерода получено осаждением/инфильтрацией пироуглерода в пористый объем и на внешнюю поверхность гранул γ-Al2O3. Подтверждено данными просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, низкотемпературной адсорбции азота.

- Истинная плотность осажденного углеродного покрытия (ρC), определенная по уравнению (1) как ρC=2.0-2,1 г/см3, соответствует плотности пиролитического углерода.

ρ C = ( % C / 100 ) ρ C A l / ( 1 ( ρ C A l / ρ A l ) ( 1 ( % C / 100 ) ) ( 1 )

где: ρCAl* и ρAl* - истинные плотности образцов С/γ-Al2O3 композитов и исходного оксида алюминия, соответственно; %С - массовая доля углерода в образце.

(* Измерены при комнатной температуре на гелиевом пикнометре Ultrapyc1200e Quantachrome)

- Близкая к монослойной толщина углеродного покрытия в приготовленных композитных материалах согласуется с расчетным значением средней толщины осажденного слоя (dC=0,4-0,5 нм) при допущении, что поверхность образцов плоская:

d C ( н м ) = 10001 ( ρ C A l / ρ A l ) ( 1 ( % C / 100 ) / ρ С A l S Б Э Т ( 2 )

- Высокая устойчивость композитного материала С/γ-Al2O3 в кислой среде, обусловленная полнотой и высокой плотностью углеродного покрытия в сочетании с химической инертностью углерода. Подтверждена данными низкотемпературной адсорбции азота.

- Хорошая электрическая проводимость композитного материала, объясняющаяся свойствами углеродного покрытия как проводника электрического тока (в отличие от незауглероженной матрицы Al2O3, являющейся диэлектриком). Подтверждено данными РФЭС.

- Высокая прочность и устойчивость композитов С/γ-Al2O3 к истиранию, обусловленная высокой механической прочностью оксида алюминия.

- Высокая чистота, отсутствие примесей (подтверждено данными элементного и рентгенофлюоресцентного анализа), материал не требует дополнительной очистки или отмывки.

1. Мезопористый композитный материал "углерод на оксиде алюминия" C/Al2O3 для использования в качестве сорбента или носителя для катализатора, характеризующийся тем, что равномерный, непрерывный и плотный слой пиролитического углерода имеет толщину углеродного покрытия, близкую к монослойному покрытию, равную 0,4-0,5 нм, плотность осажденного углеродного покрытия, равную ρС=2.0-2.1 г/см3, удельную поверхность SБЭТ=90-200 м2/г, суммарный объем пор ΣVпор≤0,4 см3/г, средний размер пор DБЭТ≤10 нм, наиболее вероятный размер пор DBJH=5-7 нм при отсутствии микропор.

2. Способ приготовления мезопористого композитного материала "углерод на оксиде алюминия" C/Al2O3, характеризующегося тем, что его готовят разложением газовой или парогазовой смеси, содержащей, мол.%: 2-25 легкого углеводорода или жидкого углеводорода и 75-98 аргона на внешней поверхности и стенках пор гранулированного мезопористого γ-Al2O3, процесс ведут при температуре 750-850°C и при атмосферном давлении, при времени контакта (паро)газовой реакционной смеси с фазой Al2O3 0.7-4.3 с, скорости осаждения пироуглерода 0.01-0.1 гС×гА1/ч, в результате чего получают мезопористый композитный материал C/Al2O3, характеризующийся тем, что равномерный, непрерывный и плотный слой пиролитического углерода имеет истинную плотность 2.0-2.1 г/см3 и имеет толщину углеродного покрытия, близкую к монослойному покрытию, равную 0,4-0,5 нм, удельную поверхность SБЭТ=90-200 м2/г, суммарный объем пор ΣVпор≤0,4 см3/г, средний размер пор DБЭТ≤10 нм, наиболее вероятный размер пор DBJH=5-7 нм при отсутствии микропор.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что гранулированный мезопористый γ-Al2O3 имеет удельную поверхность SБЭТ=90-200 м2/г, объем пор ΣVпор≤0,5 см3/г, средний размер гранул 100-250 мкм.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве углеводорода можно использовать легкие газообразные, такие как этилен, пропилен, бутан-пропановую смесь, бутадиен, и жидкие углеводороды, такие как пиридин, гексен, бензол, циклогексен, сжиженный нефтяной газ.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к полупроводниковым материалам. Способ (вариант 1) включает обеспечение реакционной камеры, обеспечение полупроводниковой подложки, обеспечение прекурсорного газа или газов, выполнение эпитаксиального CVD выращивания легированного полупроводникового материала на подложке в реакционной камере для формирования первого слоя, продувку реакционной камеры газовой смесью, включающей водород и газ, содержащий галоген, с обеспечением уменьшения эффекта памяти легирующей примеси без удаления сопутствующего осажденного слоя из зоны реакции и выполнение эпитаксиального CVD выращивания легированного полупроводникового материала на указанной подложке в реакционной камере для формирования второго слоя.

Изобретение относится к получению покрытий методом химического осаждения из газовой фазы, а именно к получению защитных покрытий из хрома и его сплавов. Способ нанесения износостойкого металлического покрытия на основе хрома включает подачу парогазовой смеси, содержащей бис-ареновое соединение хрома и летучее соединение олова к поверхности нагретого изделия в вакууме, при этом в качестве летучего соединения олова используют 0,1-1,0% тетрахлорида олова, а процесс проводят при температуре нагретого изделия от 350 до 400°С.

Изобретение относится к способу предварительной обработки вспомогательных поверхностей установки для нанесения покрытий. Вспомогательные поверхности установки для нанесения покрытий еще перед процессом нанесения покрытия подвергают предварительной обработке путем нанесения на вышеуказанные вспомогательные поверхности антиадгезионного слоя, в качестве которого используют суспензию графитового порошка в легколетучем растворителе.

Изобретение относится к получению поликристаллического кремния. Реактор для химического осаждения поликристаллического кремния включает реакционную камеру, содержащую по меньшей мере одну опорную плиту, закрепленную в реакционной камере, и кожух, соединенный с опорной плитой для формирования камеры осаждения, по меньшей мере один накальный элемент, прикрепленный к опорной плите, источник электрического тока для подведения тока к по меньшей мере одному накальному элементу, источник кремнийсодержащего газа, соединенный с реакционной камерой для создания потока кремнийсодержащего газа через реакционную камеру и вертикальную трубу, соединенную с источником кремнийсодержащего газа, для ввода потока кремнийсодержащего газа в реакционную камеру.

Производственная установка и электрод для использования с производственной установкой предназначены для осаждения материала на несущую подложку. Несущая подложка имеет первый конец и второй конец, находящиеся на расстоянии друг от друга.

Изобретение относится к производственной установке для осаждения материала на несущую подложку и к электроду для использования с такой производственной установкой.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения нанопорошков плазмохимическим методом. Композиционный нанопорошок включает частицы, состоящие из ядра, состоящего из слоев карбонитрида титана и нитрида титана, и оболочки, состоящей из слоя никеля, при следующем соотношении слоев ядра и оболочки, мас.%: TiCxNy, где 0,28≤x≤0,70; 0,27≤y≤0,63; - 24-66; TiN0,6 - 30-67; Ni - 4-9.

Изобретение относится к технологии получения покрытий из тугоплавких металлов методом химического осаждения из газовой фазы, а именно к методам получения защитных покрытий из иридия и родия, и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов и устройств, а также для получения высокотемпературных защитных покрытий.

Изобретение относится к устройству для каталитического химического осаждения из паровой фазы и может быть использовано для формирования пленки на подложке. .

Изобретение относится к вакуумной камере для установок для нанесения покрытии. .

Изобретение относится к области получения пироуглеродных и карбидных покрытий в псевдоожиженном слое (ПС) частиц полифракционного состава, изменяющегося в процессе осаждения покрытий, и может быть использовано в атомной и электронной технике.
Изобретение относится к области получения графитовых материалов и может быть использовано в химической технологии, атомной и электронной технике. Осуществляют осаждение пироуглерода на топливные частицы путем подачи в зону осаждения смеси углеводорода и инертного газа в течение времени τ, увеличения суммарного расхода газовой смеси в 1,1-1,4 раза по сравнению с исходным значением.

Изобретение относится к области высоковольтной техники, к силовым полупроводниковым устройствам и, в частности, к способу и устройству для одностадийного двустороннего нанесения слоя покрытия из аморфного гидрогенизированного углерода на поверхность кремниевой пластины, а также к держателю подложки для поддержки кремниевой пластины.
Изобретение относится к производству углеродных материалов, а именно к технологии получения углеродных материалов осаждением из газовой фазы пироуглерода с трехмерно ориентированной структурой на углеродном изделии, и может быть использовано для восстановления фрикционного износа углеродных изделий.
Изобретение относится к композитному покрытию из металла и углеродных нанотрубок (CNT) и/или фуллерена на металлических лентах или заранее отштампованных металлических лентах, а также к способу получения металлической ленты.

Изобретение относится к установке и способу плазменной вакуумной обработки. .

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано для создания покрытий из наноалмазов, фуллеренов и углеродных нанотрубок, работающих в экстремальных условиях.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть применено для защиты изделий из органических материалов - таких как органические стекла, оптические линзы, солнечные преобразователи, концентраторы излучения.

Изобретение относится к уплотнению пористых субстратов пиролитическим углеродом способом химической инфильтрации с использованием установки для осуществления этого способа.

Изобретение относится к солнечным элементам и может использоваться в качестве преобразователя солнечной энергии в электрическую энергию в энергетике и в портативной электронике.
Наверх