Способ получения композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита


 

C25B1/00 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2576637:

Смирнова Нина Владимировна (RU)
Ерошенко Виктор Дмитриевич (RU)

Изобретение относится к технологиям получения композиционных материалов на основе оксидов металлов и неметаллических веществ - терморасширенного графита, и может быть использовано в производстве токосъемных элементов электроподвижного состава, скользящих щеток в электродвигателях малой мощности, электродов для электрохимического производства и анодных заземлителей и др. Способ получения композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита включает смешение частиц терморасширенного графита с водным раствором хлорида натрия с последующим электрохимическим осаждением оксидов меди. При приготовлении суспензии используется водный раствор хлорида натрия с концентрацией 2 моль/л при постоянном перемешивании, а на электроды подается переменный импульсный ток частотой 50 Гц. После синтеза суспензия композита в течение часа отстаивается в электролизере, осадок отфильтровывается и промывается бидистиллированной водой с последующей сушкой при температуре 75-85°C в течение 2-3 часов. Использование данного способа позволяет получать изделия с высокой удельной электрической проводимостью, а также небольшим весом и высокой коррозионной стойкостью. 6 пр.

 

Изобретение относится к технологиям получения композиционных материалов на основе оксидов металлов и неметаллических веществ - терморасширенного графита, и может быть использовано для изготовления токосъемных элементов электроподвижного состава, скользящих щеток в электродвигателях малой мощности, электродов для электрохимического производства и анодных заземлителей и др.

Большинство способов получения пористых углеродных материалов с нанесенными наночастицами металлов или их оксидов основаны на использовании различных пористых углеродных основ, на которые тем или иным методом наносятся металлосодержащие реагенты, с последующей их обработкой, приводящей к превращению металлосодержащих реагентов в частицы металла или оксидов металлов. Основой для нанесения могут выступать различные углеродные материалы: активированные угли, активированные углеродные волокна, углеродные нанотрубки, сажа, графит, терморасширенный оксид графита, терморасширенный графит, оксид графита. В последнее время получают все большее распространение материалы на основе терморасширенного графита.

Известен способ нанесения металла, в частности меди, на частицы высокодисперсных порошков (а.с. 1184293). Обработку основы по данному способу и осаждение на нее меди проводят в ванне путем начальной выдержки ее при перемешивании в водном растворе, содержащем медь сернокислую (пентагидрат), триэтаноламин (комплексообразователь), натрия гидрооксид и спирт одноатомный. В раствор вводят соль магния и растворяют ее, а затем через 5-10 минут добавляют раствор формалина.

К недостаткам данного способа следует отнести длительность процесса нанесения, большое число операций и использование большого количества ингредиентов для раствора.

В качестве наиболее близкого по технической сути решения выбран способ - прототип, описанный в патенте RU 2426709. В соответствии с указанным способом композиционный материал на основе терморасширенного графита с включениями металлов или оксидов металлов получают путем смешения окисленного графита с солью металла при температуре ниже температуры вспенивания оксида графита с образованием суспензии, ультразвуковым перемешиванием и диспергированием с последующей термообработкой при температуре 250-1000°С. Полученный материал содержит частицы металла или оксида металла размером 30 нм и удельной поверхностью 500 м2/г. При этом содержание металла в конечном продукте не превышает 20%.

Предложенный способ позволяет получить материал, обладающий требуемыми свойствами. Однако к недостаткам данного способа следует отнести высокую себестоимость готового продукта, сложность технологического процесса, проведение процесса в инертной среде и использование большого количества оборудования, а необходимость использования высоких температур при термообработке приводит к образованию карбидов и других побочных продуктов, что нежелательно может сказаться на качестве готового изделия.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита с высокой удельной электрической проводимостью за счет электрохимического осаждения оксида меди и снижение себестоимости готового продукта за счет упрощения технологического процесса и возможности варьирования концентрацией.

Поставленные задачи решаются за счет того, что способ получения композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита включает смешение частиц терморасширенного графита с водным раствором хлорида натрия и последующее электрохимическое осаждение оксидов меди. При приготовлении суспензии используется водный раствор хлорида натрия с концентрацией 2 моль/л при постоянном перемешивании, а на электроды подается переменный импульсный ток частотой 50 Гц. После синтеза суспензия композита в течение часа отстаивается в электролизере, осадок отфильтровывается и промывается бидистиллированной водой с последующей сушкой при температуре 75-85°С в течение 2-3 часов.

Преимуществами предложенного способа является возможность непосредственного регулирования самого процесса модификации поверхности графита при помощи изменения электрических параметров. Это упрощает изменение концентрации модификатора, поскольку не используются растворы солей или их комплексов, которые имеют предельное значение растворимости. Модифицирование оксидом меди происходит целенаправленно и исключает образование побочных продуктов реакции. За счет развитой поверхности терморасширенного графита происходит более прочное и равномерное покрытие поверхности. Снижение себестоимости готового продукта достигается за счет упрощения технологического процесса, отсутствия высокотемпературной термообработки и использования доступных и дешевых компонентов.

Способ осуществляется следующим образом. В начале производят подготовку терморасширенного графита, заключающуюся в приготовлении суспензии терморасширенного графита в растворе хлорида натрия концентрацией 2 моль/л при постоянном перемешивании. При этом наблюдается уменьшение объема графитовой составляющей за счет впитывания воды. Затем подготавливают две одинаковые медные пластинки с площадью поверхности S=10 см2. Процесс подготовки включает предварительное взвешивание электродов, травление в азотной кислоте, промывку электродов бидистиллированной водой. Далее в электролизер с суспензией погружают 2 предварительно подготовленных медных электрода, к которым подключается источник тока. На электроды подается переменный импульсный ток частотой 50 Гц. Образующиеся в результате окисления и разрушения медных электродов наночастицы оксида меди оседают на поверхность углеродного носителя. Процесс электрохимического осаждение CuOx (х=0,5÷1) на графит производится при постоянном перемешивании. Количество оксида меди в композите регулируется продолжительностью синтеза. После синтеза суспензия композита в течение часа отстаивается в электролизере, затем осадок отфильтровывается. Осадок, оставшийся на фильтре, многократно промывают бидистиллированной водой и сушат до постоянной массы при температуре 75-85°C в течение 2-3 часов, в зависимости от количества полученного порошка. Количество осажденного оксида меди колеблется в пределах 25-75% от массы терморасширенного графита.

Из полученного модифицированного порошка формируют изделия с использованием связующего или без него.

При отсутствии связующего прессование образцов производится на холодную с удельным давлением прессования 2000 кг/см2.

При добавлении новолачного связующего, содержащего уротропин для отверждения, стеарин для пластификации и графит искусственный как наполнитель (содержание связующего находится в пределах 15-45% по массе композиции), прессование производится в замкнутую форму при температуре 180°C и выдержкой 10 минут на 1 см толщины изделия. Все образцы подвергают дополнительной термообработке в защитной засыпке при температуре 980°C и выдержке 3 часа.

Пример 1.

Образцы получены по описанной ранее методике с содержанием модифицирующей добавки 25% от массы терморасширенного графита. Удельная электрическая проводимость изделия составляет 180 См/м, кажущаяся плотность 1,55 г/см3.

Пример 2.

Образец отличается от Примера 1 содержанием модифицирующей добавки - 50% от массы терморасширенного графита. Удельная электрическая проводимость 235 См/м, кажущаяся плотность 1,62 г/см3.

Пример 3.

Образец отличается от Примера 1 содержанием модифицирующей добавки - 75% от массы терморасширенного графита. Удельная электрическая проводимость 210 См/м, кажущаяся плотность 1,7 г/см3.

Пример 4.

Образец отличается от Примера 2 добавлением новолачного связующего в количестве 15% от массы изделия. Удельная электрическая проводимость 390 См/м, кажущаяся плотность 1,82 г/см3.

Пример 5.

Образец отличается от Примера 4 количеством новолачного связующего - 30% от массы изделия. Удельная электрическая проводимость 407 См/м, кажущаяся плотность 1,7 г/см3.

Пример 6.

Образец отличается от Примера 4 количеством новолачного связующего - 45% от массы изделия. Удельная электрическая проводимость 490 См/м, кажущаяся плотность 1,53 г/см3.

Представленные результаты экспериментов подтверждают, что использование данного способа позволяет получать изделия из композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита с высокой удельной электрической проводимостью, а также небольшим весом, высокой коррозионной стойкостью и низкой себестоимостью.

Способ получения композиционного материала на основе модифицированного терморасширенного графита, включающий смешение частиц терморасширенного графита с водным раствором хлорида натрия с последующим электрохимическим осаждением оксидов меди, отличающийся тем, что при приготовлении суспензии используется водный раствор хлорида натрия с концентрацией 2 моль/л при постоянном перемешивании, при этом на электроды подается переменный импульсный ток частотой 50 Гц, а после синтеза суспензия композита в течение часа отстаивается в электролизере, осадок отфильтровывается и промывается бидистиллированной водой с последующей сушкой при температуре 75-85°С в течение 2-3 часов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроду электролизной ячейки для электрохимических процессов с выделением газа, включающему множество горизонтальных ламельных элементов, которые в конструктивном исполнении плоского С-образного профиля состоят из плоской спинки и одной или более полок, а между плоской спинкой и упомянутыми одной или более полками расположены одна или более переходных областей произвольной формы, причем ламельные элементы имеют множество сквозных отверстий.

Изобретение относится к области органической химии и электрохимии, конкретно к способу стереоселективного α-гидроксиалкилирования глицина путем введения его в виде основания Шиффа в координационную сферу комплекса Ni(II) с хиральным лигандом ((S)-2N-(N′-бензилпролил)аминобензофеноном), после чего осуществляют взаимодействие с реагентом.

Изобретение относится к электролизной ячейке, содержащей: анодную камеру; катодную камеру; разделительную перегородку, отделяющую анодную камеру от катодной камеры; анод, установленный в анодной камере; катод, установленный в катодной камере; и поглощающее обратный ток тело, имеющее основу и сформированный на основе поглощающий обратный ток слой и установленное в катодной камере.

Изобретение относится к способу получения дезинфицирующего средства, включает преобразование пресноводного раствора NaCl в анолит в анодной камере диафрагменного электролизера и в католит в катодной камере, протекание потоков в анодной и катодной камерах в одном направлении снизу вверх, получение дезинфицирующего средства с рН 2,5-5,5 из раствора NaCl, поступившего в анодную камеру непосредственно из смесителя концентрата NaCl с пресной водой, получение дезинфицирующего средства с рН 5,5-8,5 из раствора NaCl, поступившего в анодную камеру после обработки его в катодной камере, изменение рН дезинфицирующего средства в диапазонах 2,5-5,5 и 5,5-8,5 изменением соотношения между величинами потоков в электродных камерах за счет изменения величины потока католита во внешнюю среду, выведение из электролизера дезинфицирующего средства с требуемой концентрацией активного хлора.

Изобретение относится к «водородной» энергетике и может быть использовано на станциях заправки перспективного автотранспорта на топливных элементах. Способ эксплуатации электролизной системы, работающей при высоком давлении, включает процесс разложения воды электрическим током с раздельным генерированием водорода и кислорода, сбор полученных газов в емкостях с соотношением объемов соответственно 2:1 и регистрацию давления этих газов, после регистрации давления кислорода P O 2 объем водородной емкости V H 2 увеличивают до значения, определяемого соотношением: V H 2 = V O 2 ρ O 2 8 ρ H 2 , где V O 2 - объем кислородной емкости; V H 2 - объем водородной емкости; ρ O 2 - плотность кислорода при давлении P O 2 (в кислородной емкости); ρ H 2 - плотность водорода при давлении P O 2 (в водородной емкости).

Изобретение относится к катодной полуоболочке электролитической ячейки, содержащей металлические компоненты элемента ячейки, включающей: металлическую опорную структуру, приваренную к задней стенке катодной полуоболочки, и по меньшей мере один металлический эластичный элемент, расположенный плоскопараллельно на ней, деполяризованный кислородом катод, который расположен напротив по меньшей мере одного металлического эластичного элемента, при этом указанный деполяризованный кислородом катод содержит перфорированную металлическую сетку и ленту из катализатора, изготовленную из PTFE и оксида серебра, механически впрессованную в нее, причем оксид серебра восстанавливают до серебра во время работы электролитической установки и таким образом образует однородное соединение/связь между компонентами деполяризованного кислородом катода и по меньшей мере одним эластичным элементом, при этом указанное соединение/связь отличается высокой проводимостью, где по меньшей мере один из металлических компонентов снабжен электропроводящим покрытием, содержащим по меньшей мере два слоя, где первый слой, наносимый непосредственно на материалы элемента ячейки, выбран из группы, которая содержит Au, B-легированный никель, сульфиды Ni и их смеси, при этом первый слой имеет толщину слоя от 0,005 до 0,2 мкм; и второй слой, наносимый на первый слой, изготовлен из серебра, при этом второй слой имеет толщину слоя от 0,1 до 30 мкм.

Изобретение относится к области нанотехнологий и наноматериалов. Наноразмерный порошок кремния получают травлением монокристаллического кремния в ячейке электрохимического травления с контрэлектродом U-образной формы из нержавеющей стали с последующим механическим отделением пористого слоя от подложки, его измельчением в изопропиловом спирте в ультразвуковой ванне и сушкой в естественных условиях, при этом в качестве электролита используют раствор диметилформамида с добавлением плавиковой кислоты и 20% по объему перекиси водорода (30%).

Изобретение относится к области химии и водородной энергетики и может быть использовано в энергетике и транспортном машиностроении. Способ получения и хранения атомарного водорода включает электролиз воды с использованием в электролизной ячейке медного анода и катода из сплава дюральалюминия, периодически активируемого электрическим током, воздействие на полученный водород магнитным полем с амплитудой магнитной индукции в диапазоне от 100 до 120 гаусс и пропускание атомарного водорода через нанодисперсный углерод, содержащий углеродные нанотрубки.
Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения оксида меди (I) включает электрохимическое окисление и диспергирование электродов в электролизере в растворе хлорида натрия.

Изобретение может быть использовано в электрохимической области. Способ получения композиционного электродного материала на основе кобальт ванадиевого оксида и оксидных соединений молибдена включает осаждение электрокаталитического оксидного покрытия на модифицированной поверхности стеклоуглерода, при этом электрокаталитическое оксидное покрытие формируют на основе смешанных оксидов ванадия, кобальта и молибдена путем их осаждения из водного раствора электролита температурой 60÷65°C, при pH 4÷4,5, содержащего соли кобальта, молибдена, никеля, железа, лимонную и борную кислоты, под действием переменного асимметричного тока, в котором соотношение средних токов за период катодного и анодного составляет 1,5:1 при напряжении 40÷50 B и следующем соотношении компонентов, г·л-1: сульфат кобальта (CoSO4·7H2O) - 100,0÷110,0, гептамолибдат аммония ((NH4)6Mo7O24·4H2O) - 40,0÷56,0, сульфат железа (FeSO4·7H2O) - 6,0÷14,0, сульфат никеля (NiSO4·7H2O) - 18,0÷20,0, лимонная кислота (HOC(СН2СООН)2СООН) - 2,5÷3,0, борная кислота (H3BO3) - 13,0÷15,0.
Изобретение может быть использовано при получении изделий, работающих в области высоких температур. Сначала получают частицы терморасширенного графита нагревом частиц гидролизованного нитрата графита с удельной энергией нагрева, равной или превышающей 4,7 кДж/г в атмосфере продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива на воздухе с коэффициентом избытка воздуха в пересчете на топливо λ=0,8-1,1.
Изобретение может быть использовано в химической и химико-металлургической промышленности. Изготавливают пористую заготовку из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) неполной, например половинной, толщины - внутреннюю оболочку.

Изобретение относится к композиционным материалам на основе терморасширенного графита, в частности к армированным листовым материалам, и может быть использовано в производстве прокладочных и других изделий, работающих в интервале температур от минус 80 до плюс 250°С.
Изобретение относится к технологии углеродных теплоизоляционных материалов и может быть использовано для высокотемпературной теплоизоляции и футеровки элементов высокотемпературных печей.

Изобретение относится к получению материалов, характеризующихся наноразмерной структурой, в частности пористым углеродным материалом, содержащим наночастицы металлов, и может быть использовано в производстве катализаторов, электродов, фильтров, материалов для хранения водорода, покрытий для защиты от электромагнитного излучения и любых других изделиях, характеризующихся наличием наночастиц металлов или оксидов металлов.

Изобретение относится к области получения интеркалированного графита и продуктов на его основе - пенографита и гибких графитовых листов (фольги) с высокой термической устойчивостью в среде окислителя (воздух) и может быть использовано для изготовления огнезащитной и уплотнительной продукции, теплоизоляционных изделий и футеровочных элементов печей.

Изобретение относится к производству углеродных материалов, в частности к технологии получения графитовой фольги с регулируемым распределением плотности. .
Изобретение относится к области получения графитовой фольги с высокой термической устойчивостью в среде окислителя. .

Изобретения относятся к химической промышленности, электронике, нанотехнологии и могут быть использованы при изготовлении наноэлектрических приборов, химических источников тока, композитов, смазочных материалов и защитных покрытий.
Наверх