Способ получения наноультрадисперсного порошка оксида металла



Способ получения наноультрадисперсного порошка оксида металла
Способ получения наноультрадисперсного порошка оксида металла

 


Владельцы патента RU 2579632:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области химической промышленности. Способ включает обработку исходной смеси, содержащей хлорид металла, в токе водяного пара при повышенной температуре. В исходную смесь вводят хлорид натрия. Соотношение хлорид металла: хлорид натрия =1÷2:1. Обработку проводят при скорости подачи водяного пара 40-70 мл/мин и температуре 300-400°С. Изобретение позволяет получить нано-ультрадисперсный порошок оксида металла с заранее заданной морфологией при низких температурах. 2 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к области химической промышленности. Порошки оксидов металлов могут быть использованы в качестве электродных материалов, также для усовершенствования имеющихся свойств и получения новых, в частности в химической промышленности для увеличения каталитических свойств, в материаловедении для улучшения спекаемости композиционной керамики, в техники для производства стекол и эмали, применяются в сельском хозяйстве, в медицине, в металлургии, в электротехнике.

Известен способ получения наноразмерных частиц кобальтата лития, включающий использование в качестве реакционной среды расплавленной смеси хлоридов лития и кобальта, которые были обработаны сухим воздухом в течение 6-8 часов, либо путем его барботирования через расплав, либо созданием потока газа над расплавом с последующим охлаждением, растворением солевого плава в дистиллированной воде и фильтрацией (патент RU 2461668, МПК С30В 29/16: B82Y 40/00; 2012 г.).

Недостатком известного способа является трудоемкость процесса, использование высоких температур 600-700°С, наличие в конечном продукте примесей оксидов (Сo2О3 и Сo3О4).

Наиболее близким по технической сущности является способ получения наночастиц оксида металла, включающий обработку неорганической соли металла, выбранного из ряда: алюминий, кобальт, кальций, медь, магний, железо, в токе водяного пара при скорости его подачи 20-30 мл/мин и температуре 500-900°С (патент RU №2384522; МПК С01В 13/20; В82В 3/00; 2010 г.).

Недостаток данного способа является высокая температура получения (500-900°С).

Таким образом, перед авторами стояла задача - разработать способ получения наноульрадисперсного порошка оксида металла, обеспечивающего получение при более низких температурах частиц порошка с заранее заданной определенной морфологией.

Поставленная задача решена в способе получения наноультрадисперсного порошка оксида металла, включающего обработку исходной смеси, содержащей хлорид соответствующего металла, в токе водяного пара при повышенной температуре, в котором в исходную смесь, содержащую растворимый хлорид соответствующего металла, дополнительно вводят хлорид натрия при соотношении компонентов хлорид металла:хлорид натрия =1÷2:1 и обработку проводят при скорости подачи водяного пара 40-70 мл/мин и температуре 300-400°С.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения наноультрадисперсного порошка оксида металла, в котором обработку неорганической растворимой соли соответствующего металла в парах водяного пара ведут в присутствии хлорида натрия, взятого в определенном отношении к соли.

Авторами предлагается простой и надежный способ получения наноультрадисперсных оксидов металла путем термогидролиза с использованием хлорида натрия в качестве барьера, препятствующего укрупнению частиц в процессе их получения. Предлагаемый метод не требует больших энергетических затрат и дорогостоящего аппаратного оформления. Сущность способа заключается в следующем. Растворимая соль хлорида соответствующего металла, смешанная с хлоридом натрия, под действием температуры и водяного пара подвергается термогидролизу, при этом использование растворимых хлоридов соответствующих металлов позволяет уносить продукт реакции (хлороводород) вместе с током газообразной воды и газа-носителя (воздух). При этом снижение температуры процесса не дает возможности получения частиц наноультрадисперсного размера. При низких температурах получаемые оксиды металла имеют более крупные размеры вследствие слипания частиц, при значительной выдержке и при ограничении времени синтеза происходит загрязнение целевого продукта вследствие не полного прохождения реакции. Введение хлорида натрия позволяет устранить недостаток слипания и роста частиц при длительной выдержке, то есть хлорид натрия в данном случае выступает в качестве своеобразного барьера. Перетирание в ступке высушенного порошка, полученного после смешения растворов хлоридов соответствующего металла и хлорида натрия, позволяет гомогенизировать полученную смесь. Использование хлорида натрия в качестве барьера обусловлено его химическими и физическими свойствами, а также его большой доступностью. Температура плавления хлорида натрия 800,8°С. Высокая температура плавления обуславливает в твердом состоянии отсутствие химического взаимодействия с хлоридами соответствующего металла в реакции термогидролиза, его растворимость в воде обеспечивает возможность полной очистки получаемого порошка оксида металла. В процессе термогидролиза, выделяющийся хлороводород является газообразным продуктом и улавливается в резервуар с холодной дистиллированной водой. Использование установки с замкнутым циклом позволяет избежать попадания следовых количеств хлороводорода в атмосферу. Для контроля реакции периодически измеряют электропроводность образующегося раствора НСl. После прекращения изменения электропроводности процесс останавливают. Далее порошок отмывают от хлорида натрия.

Предлагаемый способ получения оксида металла может быть осуществлен следующим образом. Сухой порошкообразный растворимый в воде хлорид соответствующего металла и хлорид натрия при соотношении компонентов хлорид металла:хлорид натрия=1÷2:1 предварительно растворяют в дистиллированной воде, после чего сливают растворы вместе и высушивают до образования сухого кристаллического осадка. Полученный кристаллический осадок для гомогенизации перетирают до однородной массы, после чего помещают в печь в кварцевом реакторе. Кварцевый реактор снабжен подводящими и отводящими трубками. Водяной пар подают со скоростью 40-70 мл/мин. Нагревают печь до температуры 300-400°С и выдерживают при этой температуре до полного прохождения реакции. Контроль полноты прохождения реакции проводят путем измерения электропроводности образующегося раствора соляной кислоты. Замкнутый цикл предохраняет от попаданий следовых количеств хлороводорода в атмосферу, поскольку газообразный продукт реакции улавливается в резервуар с холодной дистиллированной водой. При прекращении изменения электропроводности подачу водяного пара в кварцевый реактор прекращают и снижают температуру печи - до комнатной. После извлечения порошка из реактора проводят его отмывку от хлорида натрия дистиллированной водой. Отмывку прекращают при отсутствии качественной реакции на ион хлора.

Контроль проведения термогидролиза осуществляется с помощью измерения сопротивления соляной кислоты в дистиллированной воде. При завершении реакции сопротивление либо перестает изменяться, либо изменяется незначительно. Аттестацию и контроль размера частиц, составом и морфологией проводят с помощью рентгенофазового анализа и электронной микроскопии (фазовый состав).

Пример 1.

Берут 5 г хлорида меди и 7,5 г хлорида натрия в соотношении 1:1,5, растворяют в дистиллированной воде, затем смешивают и просушивают до сухого кристаллического осадка. Затем навески перемешивают в агатовой ступке в течение 30 мин до однородной массы и помещаются в кварцевую трубу. Кварцевую трубу помещают в печь, которую нагревают с произвольной скорость до 300°С, закрывают пробкой с проводящими и отводящими трубками и включают перистальтический насос для подачи водяного пара со скоростью 40 мл/мин. Контроль проводят измерением сопротивления НСl в дистиллированной воде. Процесс ведут в течение 4 ч. После чего печь отключают. Затем проводят промывку полученного порошка дистиллированной водой. Контроль чистоты продукта проводят проведением качественной реакцией на ион хлора. По данным рентгенофазового анализа получают однофазный оксид меди (II). Полученные частицы имеют эллипсовидную форму с размером зерен 100-200 нм (см. фиг. 1).

Пример 2.

5 г хлорида кобальта (II) и 10 г хлорида натрия в соотношениии 1:2 растворяют в дистиллированной воде, смешивают и просушивают до сухого кристаллического осадка. Затем навеску перемешивают в агатовой ступке в течение 30 мин и помещают в кварцевую трубу. Кварцевую трубу помещают в печь, которую нагревают с произвольной скоростью до 400°С, закрывают пробкой с проводящими и отводящими трубками и включают перистальтический насос для подачи водяного пара со скоростью 70 мл/мин. Контроль проводят измерением сопротивления НСl в дистиллированной воде. Процесс ведут в течение 5 ч. После чего печь отключают. Затем проводят промывку полученного порошка дистиллированной водой. Контроль чистоты продукта проводят проведением качественной реакцией на ион хлора. Затем проводят промывку полученного порошка дистиллированной водой. Контроль чистоты продукта проводят проведением качественной реакцией на ион хлора. По данным рентгенофазового анализа получают однофазный оксид кобальта (II). Полученные частицы имеют сферическую форму с размером зерен до 100 нм (см. фиг. 2).

Пример 3.

Берут 5 г хлорида олова (II) и 5 г хлорида натрия, растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды и смешивают в соотношении 1:1 с раствором хлорида натрия. Затем полученный раствор просушивают до сухого кристаллического осадка и перемешивают в агатовой ступке в течение 30 мин до образования однородной массы и помещают в кварцевую трубу. Кварцевую трубу помещают в печь, которую нагревают с произвольной скоростью до 400°С, закрывают пробкой с проводящими и отводящими трубками и включают перистальтический насос для подачи водяного пара со скоростью 60 мл/мин. Контроль проводят измерением сопротивления НСl в дистиллированной воде. Процесс ведут в течение 5 ч. После чего печь отключают. Затем проводят промывку полученного порошка дистиллированной водой. Контроль чистоты продукта проводят проведением качественной реакцией на ион хлора. По данным рентгенофазового анализа получают однофазный оксид олова (II). Полученные частицы имеют форму прутков с шириной от 50-200 нм и длиной до нескольких мкм.

Таким образом, авторами предлагается простой и надежный способ получения наноультрадисперсного порошка оксида металла с использованием значительно более низких температур, обеспечивающий получение частиц определенной морфологии.

Способ получения наноультрадисперсного порошка оксида металла, включающий обработку исходной смеси, содержащей хлорид соответствующего металла, в токе водяного пара при повышенной температуре, отличающийся тем, что в исходную смесь, содержащую растворимый хлорид соответствующего металла, дополнительно вводят хлорид натрия при соотношении компонентов хлорид металла:хлорид натрия = 1÷2:1 и обработку проводят при скорости подачи водяного пара 40-70 мл/мин и температуре 300-400°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при производстве оксидов металлов, которые могут применяться в качестве катализаторов, полирующих составов, покрытий и керамических материалов.

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам, в частности для получения газовых смесей на основе воздуха, и может быть использовано в медицинской, химической и парфюмерной промышленности, в станциях озонирования (очистки) воды и т.п.

Изобретение относится к производству термоэлектрических материалов на основе теллуридов висмута и сурьмы. Способ заключается в предварительной очистке исходных компонентов методом вакуумной дистилляции, синтезе исходных компонентов в вакуумированных ампулах при нагреве до плавления и охлаждении, выращивании кристаллов методом вертикальной зонной перекристаллизации с применением высокочастотного нагрева, при этом выращивание кристаллов осуществляют путем не менее двух проходов со скоростью не более 2,5-3 см/ч, высокочастотный нагрев ведут на частоте 1,76 МГц с градиентом температур 200 К/см, а после выращивания кристаллов осуществляют приготовление порошка с наноструктурой размером не более 200 нм, обеспечивающей анизотропию свойств каждой частицы, брикетирование, спекание, а затем горячую экструзию.

Группа изобретений относится к способу дробеструйной обработки поверхности металлической детали для получения наноструктурированного поверхностного слоя и устройству для его осуществления.

Изобретение относится к области композиционных материалов с углерод-карбидокремниевой матрицей, предназначенных для работы в условиях высокого теплового нагружения и одностороннего воздействия окислительной среды с высоким окислительным потенциалом.

Изобретение относится к полученной в плазме каталитической наночастице. Данная наночастица имеет границу раздела фаз для закрепления каталитического наноактивного материала на наноподложке, причем указанная граница раздела фаз содержит соединение, предназначенное для ограничения перемещения каталитического наноактивного материала на поверхности наноподложки.
Изобретение может быть использовано для визуализации света ультрафиолетового диапазона в системах светодиодов белого света (WLED) и оптических дисплеях. Люминофор синего свечения представляет собой силикат редкоземельных элементов в наноаморфном состоянии состава Ca2Gd8(1-x)Eu8xSi6O26, где 0,001≤х≤0,5, характеризующийся широкой полосой синего излучения с максимумом при 455 нм, полушириной 77 нм, интенсивностью 14000-14263 отн.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения сложных гибридных каталитических систем на основе модифицированного углерода, содержащих на поверхности оксидные вольфрамовые бронзы, в котором каталитические системы получают из расплава 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3 в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении не выше 300 мВ с использованием платинового анода, притом что электроосаждение ведут на угольную подложку.

Изобретение может быть использовано при изготовлении катализаторов, анодов для производства алюминия, процессоров, электронных устройств для хранения данных, датчиков биомолекул, деталей автомобилей и самолётов, спортивных товаров.

Изобретение относится к вариантам способа получения покрытого изделия. Покрытое изделие включает стеклянную подложку, на которую нанесена тонкая пленка, содержащая углеродные нанотрубки (УНТ).

Изобретение относится к получению открытопористого наноструктурного никеля. Смешивают порошкообразный кристаллогидрат нитрат никеля и жидкий многоатомный спирт в качестве газообразующего восстановителя при следующем соотношении: жидкий многоатомный спирт/порошкообразный кристаллогидрат нитрата никеля 1:(2,5-4).

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для выделения углеродистого материала, содержащего наночастицы, из потоков отходящих технологических газов электролитического производства алюминия.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядер нанокапсул используется L-аргинин или норвалин, в качестве оболочки - альгинат натрия при соотношении оболочка:ядро 3:1 или 1:5, при этом L-аргинин или норвалин медленно по порциям добавляют в суспензию альгината натрия в бутаноле в присутствии препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, при перемешивании 1000 об/с, далее приливают гексан, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Изобретение относится к производству термоэлектрических материалов на основе теллуридов висмута и сурьмы. Способ заключается в предварительной очистке исходных компонентов методом вакуумной дистилляции, синтезе исходных компонентов в вакуумированных ампулах при нагреве до плавления и охлаждении, выращивании кристаллов методом вертикальной зонной перекристаллизации с применением высокочастотного нагрева, при этом выращивание кристаллов осуществляют путем не менее двух проходов со скоростью не более 2,5-3 см/ч, высокочастотный нагрев ведут на частоте 1,76 МГц с градиентом температур 200 К/см, а после выращивания кристаллов осуществляют приготовление порошка с наноструктурой размером не более 200 нм, обеспечивающей анизотропию свойств каждой частицы, брикетирование, спекание, а затем горячую экструзию.
Изобретение может быть использовано для визуализации света ультрафиолетового диапазона в системах светодиодов белого света (WLED) и оптических дисплеях. Люминофор синего свечения представляет собой силикат редкоземельных элементов в наноаморфном состоянии состава Ca2Gd8(1-x)Eu8xSi6O26, где 0,001≤х≤0,5, характеризующийся широкой полосой синего излучения с максимумом при 455 нм, полушириной 77 нм, интенсивностью 14000-14263 отн.

Изобретение может быть использовано при изготовлении катализаторов, анодов для производства алюминия, процессоров, электронных устройств для хранения данных, датчиков биомолекул, деталей автомобилей и самолётов, спортивных товаров.

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим наноматериалам. Технический результат изобретения - создание прозрачной оксифторидной стеклокерамики, обладающей свойством преобразования инфракрасного излучения в видимое и характеризующейся высокой интенсивностью желтой ап-конверсионной люминесценции.

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных приборов и сверхвысокочастотных интегральных схем с использованием полевых транзисторов.

Изобретение относится к области получения водорастворимых наноматериалов и касается способа получения термочувствительных водорастворимых наночастиц на основе высокозамещенного 2-гидроксипропил-β-циклодекстрина.

Изобретение относится к области нанотехнологии. Способ получения нанокапсул рибофлавина в оболочке из альгината натрия осуществляют физико-химическим методом осаждения нерастворителем, при этом рибофлавин диспергируют в суспензию альгината натрия в изопропаноле в присутствии препарата Е472с.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул флавоноидов шиповника. Указанный способ характеризуется тем, что флавоноиды шиповника диспергируют в суспензию альгината натрия в бензоле в присутствии препарата Е472с при перемешивании, затем приливают хлороформ, полученный осадок отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом флавоноиды шиповника и альгинат натрия берут в соотношении 1:3, 1:1 или 5:1.
Наверх