Способ получения нанокомпозита feni3/c в промышленных масштабах


 


Владельцы патента RU 2593145:

Акционерное общество "Приокский завод цветных металлов" (RU)
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi3/C. Техническим результатом является получение нанокомпозита FeNi3/C, содержащего наночастицы FeNi3 с размером от 12 до 85 нм. Способ синтеза нанокомпозита FeNi3/C включает приготовление совместного раствора порошка графита, полиакрилонитрила, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде, выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагревание полученного твердого остатка. Приготовление раствора полиакрилонитрила, порошка графита, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде осуществляют при температуре 50÷70°C, при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, порошок графита от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, концентрация железа от 0,3 до 1 мас. %, никеля - от 1 до 3 мас. % от массы полиакрилонитрила и графита, до полного растворения компонентов. Выпаривание растворителя проводят при температуре 70÷90°C. Термообработку твердого остатка осуществляют в несколько этапов: предварительный нагрев на воздухе в течение 6-14 часов при температуре 150÷200°C, и финальный нагрев в атмосфере N2 при температуре от 500 до 900°C с интервалом подъема температуры 100°C и выдержкой 30÷60 минут при соответствующих температурах. 1 пр.

 

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi3/C.

Одним из способов получения наночастиц FeNi3 является восстановление в гидразине N2H4·H2O солей FeCl2·4H2O и NiCl2·6H2O, предварительно растворенных в деионизованной воде [Xuegang Lu, Gongying Liang, Yumei Zhang. Synthesis and characterization of magnetic FeNi3 particles obtained by hydrazine reduction in aqueous solution // Material Science and Engineering B. 2007. V. 139. PP. 124-127]. К недостаткам этого способа следует отнести отсутствие стабилизирующей среды для наночастиц FeNi3 и длительное время реакции, составляющее 24 часа, что затрудняет возможность контролировать размер частиц и однородность их распределения.

Для применения в области высоких частот наночастицы FeNi3 инкапсулируют SiO2, таким образом увеличивая сопротивление композита. Наночастицы FeNi3 приготавливают с помощью химического восстановления солей FeCl2·4H2O и NiCl2·6H2O в гидразин гидрате N2H4·H2O (С=80%). При этом в качестве поверхностно-активного вещества используют полиэтиленгликоль. Время реакции составляет 24 часа при комнатной температуре. В процессе реакции рН контролируется и поддерживается в интервале 12≤рН≤13 [X. Lu, G. Liang, Q. Sun, С. Yang. High-frequency magnetic properties of FeNi3-SiO2 nanocomposite synthesized by a facile chemical method. // Journal of Alloys and Compounds. 2011. V. 509. PP. 5079-5083]. К недостаткам этого способа синтеза наночастиц FeNi3 можно отнести сложность контролирования размера и фазовый состав наночастиц из-за флуктуаций условий реакции (температура, рН, концентрация реагентов) в процессе длительной реакции восстановления.

Другой способ получения нанокомпозита FeNi3/C заключается в инфракрасном нагреве смеси на основе FeCl3·6H2O, NiCl2·6H2O и полиакрилонитрила (ПАН) при давлении 10-3÷10-2 мм рт. ст. до 700°С в течение от 1 до 30 мин [Кожитов Л.В., Козлов В.В., Костикова А.В. Способ получения нанокомпозита FeNi3/пиролизованный полиакрилонитрил. Патент на изобретение №2455225. Бюл. №19. 10.07.2012]. Недостатками этого способа являются следующие ограничения: обработка с помощью ИК-излучения требует автоматизированных устройств для синтеза наноматериала в промышленных масштабах, которые не производятся; обработка с помощью ИК-излучения происходит в вакууме (Р=10-3÷10-2 мм рт. ст.), получение которого сопряжено с усложнением конструкции реактора, необходимостью использования вакуумного насоса. Кроме того, проведение пиролиза полиакрилонитрила в вакууме способствует уменьшению углеродного остатка и уменьшению количества получаемого наноматериала.

Техническим результатом является получение нанокомпозита FeNi3/C, содержащего наночастицы FeNi3 с размером от 12 до 85 нм, при термообработке композита FeCl3·6H2O/NiCl2·6H2O/ПАН/Графит.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ синтеза нанокомпозита FeNi3/C включает приготовление совместного раствора порошка графита, полиакрилонитрила, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде, выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагревание полученного твердого остатка. Приготовление раствора полиакрилонитрила, порошка графита, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде осуществляют при температуре 50-70°С, при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, порошок графита от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, концентрация железа от 0,3 до 1 мас. %, никеля от 1 до 3 мас. % от массы полиакрилонитрила и графита до полного растворения компонентов, выпаривание растворителя проводят при температурах 70-90°С, термообработка твердого остатка осуществляют в несколько этапов, предварительный нагрев на воздухе в течение 6-14 часов при температурах 150-200°С, и финальный нагрев осуществляют в атмосфере N2 при температуре от 500 до 900°С с интервалом подъема температуры 100°С и выдержкой 30-60 минут при соответствующих температурах с образованием наночастиц FeNi3 с размером частиц от 12 до 85 нм.

Для измерения размеров наночастиц FeNi3 использованы рентгеновский дифрактометр ДРОН-1,5 (CuKα-излучение) с модернизированной коллимацией и метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с использованием низковакуумного растрового двухлучевого электронного микроскопа Quanta 3D FEG. Средний размер кристаллитов (LC) интерметаллида FeNi3 рассчитан из рентгеновских спектров с помощью уравнения Дебая-Шерера:

LC=kλ/Bcosθ,

где k - константа, равная 0,89; В - полуширина дифракционного угла, соответственного дифракционного максимума; λ=1,54056 - длина волны рентгеновского CuKα-излучения, Θ - дифракционный угол, град.

Пример. Для синтеза нанокомпозита FeNi3/C с C(FeNi3)=40 % были использованы хлорид железа (III) шестиводный (FeCl3·6H2O), х.ч.; хлорид никеля (II) шестиводный (NiCl2·6H2O), х.ч.; полиакрилонитрил (ПАН); порошок графита (Гр); диметилформамид (ДМФА), х.ч. Были приготовлены следующие навески для синтеза нанокомпозита FeNi3/C с C(FeNi3)=40 %: m(ПАН)=50 г; m(Гр)=50 г; m(NiCl2·6H2O)=120,5 г; m(FeCl3·6H2O)=42,27 г. На первом этапе получили совместный раствор FeCl3·6H2O, NiCl2·6H2O и ПАН, высыпав заготовленные навески, в ДМФА (V=800 мл). Для ускорения растворения необходимо перемешивать раствор при 60°С. Время приготовления раствора составило 4 час. Приготовленный порошок графита нагревали в муфеле при 350°С в течение 3 часов. Затем графитовый порошок добавили в совместный раствор FeCl3·6H2O, NiCl2·6H2O и ПАН в ДМФА. Полученную смесь перемешивали в течение 30 мин при 60°С.

На втором этапе выпаривали растворитель ДМФА. Для этого раствор разлили в четыре фарфоровые чашки (V=250 мл). Чашки с раствором выдерживали при 80°С в течение 22 часов с использованием нагревательной плитки ES-H3040 (фирма Экрос) до образования вязкой массы.

Предварительная термическая обработка композита на основе полиакрилонитрила, графита, NiCl2·6H2O и FeCl3·6H2O на воздухе при 200°С осуществляли в муфеле в течение 14 часов. В результате получена твердая масса. Масса была размолота с использованием ступки и пестика.

Синтез нанокомпозита FeNi3/C из композита на основе полиакрилонитрила, графита, NiCl2·6H2O и FeCl3·6H2O происходил на стадии термической обработки в атмосфере N2 с использованием промышленной установки.

Для термической обработки были использованы три графитовые кюветы, которые одновременно помещались в реактор. Был применен ступенчатый нагрев. Температура нагрева и время выдержки (t) композита при этой температуре на каждой ступени указаны ниже: 1) 300°С; t=1 час. После термической обработки при 300°С три кюветы с композитом были извлечены из реактора. Полученная серая масса дополнительно подверглась измельчению с использованием ступки и пестика. Для дальнейшей термической обработки были использованы две графитовые кюветы в результате убыли веса массы композита из-за процессов карбонизации полимера и разложения солей, содержащихся в композите.

После загрузки двух кювет в установку был продолжен ступенчатый нагрев со следующими параметрами: 2) 400°С; t=1 час; 3) 500°С; t=30 мин; 4) 600°С; t=30 мин. После термической обработки при 600°С две кюветы с композитом были извлечены из реактора. Полученная серая масса дополнительно подверглась измельчению с использованием ступки и пестика. После загрузки двух кювет в реактор установки был продолжен ступенчатый нагрев со следующими параметрами: 5) 700°С; t=1 час; 6) 800°С; t=1 час; 7) 900°С; t=30 мин.

После термической обработки при 900°С две кюветы с композитом были извлечены из реактора установки. Полученная серая масса дополнительно подверглась измельчению с использованием ступки и пестика.

Полученный нанокомпозит FeNi3/C содержал наночастицы FeNi3 с размером в диапазоне от 12 до 85 нм, установленном с помощью методов рентгеновской дифрактометрии и сканирующей электронной микроскопии.

Способ синтеза нанокомпозита FeNi3/C, включающий приготовление совместного раствора порошка графита, полиакрилонитрила, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде, выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагревание полученного твердого остатка, отличающийся тем, что приготовление раствора полиакрилонитрила, порошка графита, FeCl3·6H2O и NiCl2·6H2O в диметилформамиде осуществляют при температуре 50÷70°C, при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, порошок графита от 2 до 5 мас. % от диметилформамида, концентрация железа от 0,3 до 1 мас. %, никеля - от 1 до 3 мас. % от массы полиакрилонитрила и графита, до полного растворения компонентов, выпаривание растворителя проводят при температуре 70÷90°С, термообработка твердого остатка осуществляют в несколько этапов: предварительный нагрев на воздухе в течение 6÷14 часов при температуре 150÷200°С, и финальный нагрев - в атмосфере N2 при температуре от 500 до 900°C с интервалом подъема температуры 100°С и выдержкой 30÷60 минут при соответствующих температурах с образованием наночастиц FeNi3 с размером частиц от 12 до 85 нм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Для сокращения потерь W17/50 Вт/кг в сердечнике используют сляб, имеющий заданный состав, содержащий Sn от 0,02 до 0,20 мас.% и Р от 0,010 до 0,080 мас.%.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к оксидному керамическому материалу с анизотропным магнитодиэлектрическим эффектом, т.е. к материалу, диэлектрической проницаемости которого может изменяться под действием внешнего магнитного поля.

Изобретение относится к области металлурги. Для повышения магнитных свойств нетекстурированной кремнистой стали осуществляют выплавку стали в конверторе, при этом температура Т расплавленной стали во время выпуска из конвертера при выплавке, содержание углерода [С] в стали и содержание свободного кислорода [О] удовлетворяют следующей формуле: 7,27·103≤[О][С]е(-5000/Т)≤2,99·104.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания ферритовых материалов с большими величинами ширины линии спиновых волн, предназначенных для использования в СВЧ-диапазоне, в том числе при изготовлении ферритов для приборов высокого уровня мощности сантиметрового диапазона длин волн.
Предложенное изобретение относится к технологии изготовления радиопоглощающих ферритов, которые находят все более широкое применение в безэховых камерах, для значительного снижения отражения радиоволн от стен.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу получения ферромагнитной жидкости с магнитными наночастицами со средним размером 7,3-8,8 нм и узким распределением по размерам.
Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве. Для приготовления раствора для подкормки плодовых деревьев готовят исходный раствор смешением раствора FeSO4 с раствором перекиси водорода.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения магнитных свойств стали осуществляют нагрев стального сляба, содержащего, в мас.

Изобретение относится к обработке листов из электротехнической стали. Для измельчения магнитных доменов посредством облучения подвергнутого окончательному отжигу листа высокоэнергетичным пучком с использованием лазерного пучка, электронного пучка или другого подобного пучка в условиях изменения скорости перемещения устройство содержит механизм облучения для сканирования высокоэнергетичным пучком в направлении, ортогональном направлению подачи стального листа, при этом механизм облучения имеет функцию устанавливать диагональное направление сканирования высокоэнергетичным пучком относительно ортогонального направления, ориентированное под углом к направлению подачи, который определяют на основе скорости перемещения листа в направлении его подачи.

Изобретение относится к производству текстурированного листа из электротехнической стали, используемого для изготовления стальных сердечников трансформаторов.

Настоящее изобретение относится к получению сополимеров акрилонитрила. Описан способ синтеза сополимеров акрилонитрила, заключающийся в проведении реакции полимеризации акрилонитрила с сомономерами в среде диоксида углерода, при температуре от 65 до 80°C, где в качестве сомономеров используют итаконовую кислоту или ее производные, отличающийся тем, что в исходную реакционную смесь добавляют тиолы, определяемые формулой R-SH, где R представляет собой насыщенный углеводородный радикал с количеством атомов углерода от 2 до 20.

Настоящее изобретение относится к получению сополимеров акрилонитрила. Описан способ синтеза сополимеров акрилонитрила с производными итаконовой кислоты путем их смешения в среде растворителя с добавлением инициатора радикальной полимеризации и нагреванием, отличающийся тем, что нагревание осуществляют до температур 65÷85°С, в качестве растворителя используют сверхкритический диоксид углерода, в качестве производных итаконовой кислоты - ее моноэфиры или моноамиды, а содержание производных итаконовой кислоты в сополимере составляет от 0.01 до 4 мольных %.

Изобретение относится к нанотехнологии изготовления нанокомпозита FeNi3/пиролизованный полиакрилонитрил (ППАН). .
Изобретение относится к способу получения волокнообразующего полимера или сополимера акрилонитрила и волокнообразующего полимера или сополимеру акрилонитрила, полученному таким способом.
Изобретение относится к области производства катализаторов для химической и нефтехимической промышленности, которые могут быть использованы в процессах дегидрирования и реформинга органических соединений с целью получения водорода, олефинов, циклоолефинов и ароматических соединений.
Изобретение относится к технологии получения сверхвысокомолекулярных волокнообразующих полимеров, которые могут служить сырьем для получения сверхпрочных и высокомодульных углеродных волокон.
Изобретение относится к получению водорастворимых полимеров акрилового ряда, которые могут применяться в ряде отраслей техники и технологии, а именно в качестве шлихты при отделке текстиля, в угольной, горнорудной промышленности, и в процессах очистки и осветления питьевой, промышленной и сточных вод в качестве флокулянта, в буровой технике в качестве защитного средства, в химической промышленности как сгущающее средство.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в нефтегазодобывакщей целлюлозно-бумажной промьшшенности, в ком мунальном хозяйстве и др. .

Изобретение относится к способам получения наноматериалов модификацией поверхности металлсодержащих каркасных соединений, которые могут быть использованы в качестве высокопористых эффективных гетерогенных катализаторов гидрирования непредельных соединений, фотокатализаторов в солнечных батареях.
Наверх