Электролитический способ получения наноразмерных порошков силицидов лантана

Авторы патента:

Кушхов Хасби Билялович (RU)

Виндижева Мадзера Кадировна (RU)

Мукожева Радина Аслановна (RU)

Калибатова Марина Нургалиевна (RU)

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

B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур

Владельцы патента RU 2629184:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) (RU)

Изобретение относится к электролитическому способу получения наноразмерных порошков силицидов лантана, включающему синтез силицидов редкоземельного элемента из расплавленных сред в атмосфере очищенного и осушенного аргона. Способ характеризуется тем, что синтез проводят из галогенидного расплава, в качества источника лантана используют безводный хлорид лантана, в качестве источника кремния - фторсиликат натрия, в качестве растворителя - эквимольную смесь хлоридов калия и натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлорид лантана 1,0÷4,0, фторсиликат натрия 1,0÷5,0; остальное - эквимольная смесь хлоридов калия и натрия, причем процесс ведут при температуре 700°С и потенциалах электролиза относительно стеклоуглеродного электрода сравнения от -2,6 до -2,8 В. Техническим результатом является: получение наноразмерных порошков силицидов лантана; получение целевого продукта в чистом виде, за счет хорошей растворимости эквимольного расплава хлорида калия и хлорида натрия в воде и растворимости образующегося фторида лантана фторидом калия. 3 пр., 6 ил.

Изобретение относится к получению нанопорошков силицидов лантана. Полупроводниковые свойства силицидов лантана в сочетании с их химической стойкостью, определяют возможность использования этих силицидов в качестве высокотемпературных полупроводниковых материалов, а также полупроводниковых материалов, эксплуатирующихся в агрессивных средах.

Известны способы получения силицидов редкоземельных металлов:

1. Г.В. Самсонов. Химия силицидов редкоземельных металлов. Успехи химии, 1982, T. XXXI, Вып.12, стр. 1478-1495;

2. Непосредственное соединение редкоземельных металлов с кремнием [R. Vogel, Ztschr. anorg. Chem., 61, 46 (1909)];

3. Восстановление оксидов редкоземельных металлов с кремнием [B.C. Нешпор, Г.В. Самсонов, ЖПХ, 33, 993 (1960)];

4. Электролиз расплавленных сред, содержащих редкоземельные металлы и кремний [M. Dodero, С. r., 199, 566 (1934); Bull. Soc. Chim. France, 17, 545 (1950)].

Недостатками предложенных методов является высокая температура синтеза и загрязнение побочными продуктами, энергозатратность, длительность процесса осуществления.

Наиболее близким способом получения являются высокотемпературный электрохимический синтез из расплавленных сред, содержащих редкоземельные металлы и кремний [О.А. Шкода, О.Г. Терехова, Ю.М. Максимов. Способ получения кристаллического силицида ниобия // Патент РФ №2243854 от 10.01.2005 г.].

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению силицидов в режиме СВС. Исходные порошки кремния 40-400 мкм и ниобия менее 63 мкм берут в соотношении 1,33-1,38:1 для получения однофазного продукта и 1,44-1,69:1 для получения многофазного продукта. Осуществляют механическую активацию в инертной среде в течение 0,5-2 минут. Отношение массы порошка к массе шаров равно 1:20. Полученный порошок прессуют и локально нагревают в атмосфере аргона, инициируя экзотермическую реакцию образования силицида ниобия в режиме самоподдерживающего горения. Техническим результатом является получение однофазного кристаллического силицида ниобия.

Недостатком вышеизложенного метода является высокая температура синтеза и загрязнение побочными продуктами, в частности силикатами, а также невозможность получения индивидуальных фаз силицидов.

Задачей настоящего изобретения является получение наноразмерных порошков силицидов лантана, повышение скорости синтеза целевого продукта из расплавленного электролита.

Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют совместное электровыделение лантана и кремния из галогенидного расплава на катоде и последующее взаимодействие их на атомарном уровне с образованием наноразмерных порошков силицидов лантана. Процесс осуществляется в трехэлектродной кварцевой ячейке, где катодом служит вольфрамовый стержень; анодом и одновременно контейнером - стеклоуглеродный тигель; электродом сравнения - стеклоуглеродный стержень. Синтез силицидов лантана проводят посредством потенциостатического электролиза из эквимольного расплава KCl-NaCl, содержащего трихлорид лантана и фторсиликат натрия в атмосфере очищенного и осушенного аргона. В качества источника лантана используют безводный трихлорид лантана, в качестве источника кремния - фторсиликат натрия, в качестве растворителя - эквимольную смесь хлоридов калия и натрия. Потенциостатический электролиз проводят на вольфрамовом катоде при потенциалах от -2,6 до -2,8 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения при температуре 700°С. Оптимальная продолжительность ведения процесса электролиза составляет 30÷120 мин. Полученную катодно-солевую грушу, состоящую из силицидов лантана, отмывают от фторида лантана фторидом калия.

Выбор компонентов электролитической ванны произведен на основании термодинамического анализа и кинетических измерений совместного электровыделения лантана и кремния из галогенидных расплавов. Из соединений лантана и кремния, не содержащих кислород, хлорид лантана и фторсиликат натрия являются достаточно низкоплавкими и хорошо растворимыми в эквимольном расплаве KCl-NaCl. Растворитель (эквимольный расплав KCl-NaCl) выбран из следующих соображений: напряжение разложения расплавленной смеси KCl-NaCl больше таковых для расплавов LaCl₃ и Na₂SiF₆; хорошая растворимость в воде.

Пример 1

В стеклоуглеродный тигель объемом 40 мл помещают солевую смесь массой 34,32 г содержащую 0,34 г LaCl₃ (1,0 мас. %); 0,34 г Na₂SiF₆ (1,0 мас. %); 14,80 г KCl (43,1 мас. %); 18,84 г NaCl (54,9 мас. %). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы. По достижении рабочей температуры 700°С в расплав опускают вольфрамовый катод, электролиз проводят при потенциале -2,7 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока 1,0 А/см²). Катодно-солевую грушу, состоящую из силицидов лантана, отмывают от фторида лантана фторидом калия. Размер частиц полученных порошков до 100 нм.

Пример 2

В стеклоуглеродный тигель объемом 40 мл помещают солевую смесь массой 34,32 г, содержащую 0,69 г LaCl₃ (2,0 мас. %); 1,03 г Na₂SiF₆ (3,0 мас. %); 18,27 г KCl (53,24 мас. %); 14,33 г NaCl (41,76 мас. %). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы. По достижении рабочей температуры 700°С в расплав опускают вольфрамовый катод, электролиз проводят при потенциале -2,8 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока 0,8 А/см²). Катодно-солевую грушу, состоящую из силицидов лантана, отмывают от фторида лантана фторидом калия. Размер частиц полученных порошков до 100 нм.

Пример 3

В стеклоуглеродный тигель объемом 40 мл помещают солевую смесь массой 34,32 г, содержащую 1,03 г LaCl₃ (3,0 мас. %); 1,72 г Na₂SiF₆ (5,0 мас. %); 17,69 г KCl (51,53 мас. %); 13,88 г NaCl (40,47 мас. %). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы. По достижении рабочей температуры 700°С в расплав опускают вольфрамовый катод, электролиз проводят при потенциале -2,6 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока 1,5 А/см²). Катодно-солевую грушу, состоящую из силицидов лантана, отмывают от фторида лантана фторидом калия. Размер частиц полученных порошков до 100 нм.

Фазовый состав идентифицирован методом рентгенофазового анализа на дифрактометре D2 Phaser, который показал наличие фаз La5Si3, LaSi2, LaSi, La5Si4 (изображение на фиг. 1, 3, 5).

Фиг. 1 - Рентгенограмма порошка силицидов лантана, полученного из расплава KCl-NaCl на вольфрамовом катоде при ϕ= -2,7 В.

Фиг. 3 - Рентгенограмма порошка силицидов лантана, полученного из расплава KCl-NaCl на вольфрамовом катоде при ϕ= -2,6 В.

Фиг. 5 - Рентгенограмма порошка силицидов лантана, полученного из расплава KCl-NaCl на вольфрамовом катоде при ϕ= -2,8 В.

Размер частиц определяли лазерным дифракционным анализатором Fritsch Analysette-22 (изображение на фиг. 2, 4, 6).

Фиг. 2 - Диаграмма распределения по размерам частиц, полученных при 700°С электрохимическим синтезом при i=1,0 А/см².

Фиг. 4 - Диаграмма распределения по размерам частиц, полученных при 700°С электрохимическим синтезом при i=0,8 A/см².

Фиг. 6 - Диаграмма распределения по размерам частиц, полученных при 700°С электрохимическим синтезом при i=1,5 А/см².

Техническим результатом является:

- получение наноразмерных порошков силицидов лантана;

- получение целевого продукта в чистом виде, за счет хорошей растворимости эквимольного расплава хлорида калия и хлорида натрия в воде, а также растворимости образующегося фторида лантана фторидом калия.

Электролитический способ получения наноразмерных порошков силицидов лантана, включающий синтез силицидов редкоземельного элемента из расплавленных сред в атмосфере очищенного и осушенного аргона, отличающийся тем, что синтез проводят из галогенидного расплава, в качества источника лантана используют безводный хлорид лантана, в качестве источника кремния - фторсиликат натрия, в качестве растворителя - эквимольную смесь хлоридов калия и натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

хлорид лантана 1,0÷4,0

фторсиликат натрия 1,0÷5,0

остальное - эквимольная смесь хлоридов калия и натрия,

причем процесс ведут при температуре 700°С, и потенциалах электролиза относительно стеклоуглеродного электрода сравнения от -2,6 до -2,8 В.

Изобретение относится к углеродистой композиции, пригодной для изготовления электрода суперконденсатора в контакте с водным ионным электролитом, причем композиция основана на угольном порошке, способном сохранять и высвобождать электроэнергию, и включает гидрофильную связующую систему.

Способ отслеживания, защиты и безопасного выключения электролитической системы // 2624222

Изобретение относится к способу отслеживания отказных ситуаций, связанных с потоком сырьевого газа и/или очистительным потоком в электролитических элементах, батареях или системах, причем указанный процесс отслеживания сочетают с предупредительными мерами, которые должны быть приняты в случае таких отказных ситуаций.

Электролизер для получения водорода и кислорода из воды // 2623437

Изобретение относится к электролизеру для получения водорода и кислорода из воды, состоящему из корпуса с размещенными в нем катодом в виде полого цилиндра из пористого гидрофобизированного материала и анодом в виде трубы из металла, находящегося между ними сепаратора в виде газозапорной мембраны, с образованием катодной газовой полости между внешней стенкой катода и внутренней стенкой корпуса, анодной полости внутри анода, с нанесенными на поверхность анода и поверхность катода катализатором.

Катод для электролиза // 2621029

Изобретение относится к катоду для электролиза, содержащему покрытие из никеля толщиной 300-1000 нм, нанесенное методом магнетронного распыления на матрицу пористого оксида алюминия с размерами пор 40-120 нм и расстоянием между стенками пор 10-20 нм.

Способ получения координационного соединения цинка с никотиновой кислотой // 2618533

Изобретение относится к способу получения никотината цинка гидрата путем электролиза водно-органического раствора никотиновой кислоты с цинковыми электродами при постоянном токе, включающему отделение полученного осадка, промывку осадка и его сушку.

Способ осветления и обесцвечивания природных вод и устройство для его осуществления // 2618076

Изобретения относятся к области осветления и обесцвечивания природных вод и могут быть использованы в процессах водоподготовки для питьевых и технических целей. Осветление и обесцвечивание природных вод осуществляют при помощи водозаборно-очистного устройства.

Способ снижения содержания меркаптанов в углеводородах // 2617415

Изобретение относится к способам очистки сырой нефти, содержащей меркаптаны и серосодержащие примеси, включающим контактирование сырой нефти с очищающим раствором, содержащим раствор гипохлорита, в течение 30 с – 2 мин, при которых меркаптановая сера окисляется и превращается по меньшей мере в одну оксокислоту серы или ее соль, образуя на выходе очищенную сырую нефть, содержащую менее 50 ч/млн меркаптановой серы и остаточные хлориды.

Способ утилизации загрязненного шламом белого фосфора // 2616925

Изобретение относится к области технологии неорганических веществ, в частности к утилизации загрязненного шламом белого фосфора. Способ осуществляется путем окисления белого фосфора кислородом до пятиокиси фосфора с последующей ее гидратацией, причем загрязненный шламом белый фосфор помещают в реакционную камеру трехкамерного электролизера, на электроды подают постоянный электрический ток, образующийся в результате электролиза воды кислород окисляет белый фосфор до пятиокиси фосфора, поглощаемой водой до образования фосфорной кислоты, при этом шлам откладывается в анодной камере электролизера, после полного окисления фосфора электролизер автоматически отключается от электрической сети.

Способ получения электрохимического гипохлорита натрия // 2616622

Изобретение относится к способу получения электрохимического гипохлорита натрия, включающему получение водного раствора хлорида натрия путем смешивания воды с солью в определенной концентрации и электролиз.

Генератор газообразного водорода // 2616613

Изобретение относится к двум вариантам устройства генерирования водорода, а также способу использования устройства. Устройство по одному из вариантов включает в себя: анод; катод; корпус, имеющий внутреннюю полость и по меньшей мере одно отверстие; цилиндрическую металлическую гильзу, введенную скольжением и размещенную во внутренней полости, металлическая гильза имеет по меньшей мере одно отверстие, выровненное с по меньшей мере одним отверстием корпуса; перфорированную стенку внутри внутренней полости возле ее конца, электрически соединенную с анодом или катодом и отделяющую концевую часть внутренней полости от основной части внутренней полости; и по меньшей мере одну электропроводящую клемму, выступающую наружу из внутренней полости через выровненные отверстия гильзы и корпуса и находящуюся в электрическом контакте с анодом; и воду в корпусе, непрерывно проходящую из основной части внутренней полости через перфорированную стенку в концевую часть внутренней полости.

Способ получения частиц хлорида серебра // 2629080

Изобретение может быть использовано в неорганической химии, в производстве фотокатализаторов, полупроводников и сенсорных материалов. Способ получения частиц хлорида серебра включает обменную реакцию между солями, одна из которых - серебросодержащая, а вторая – хлорсодержащая.

Способ производства штапельного нанотонкого минерального волокна и оборудование для его изготовления // 2628856

Способ производства штапельного нанотонкого минерального волокна и оборудование для его изготовления. Изобретение относится к производству штапельного минерального волокна, в частности к конструкции соплового аппарата с валковым вытяжным механизмом и прижимной планкой, и может быть использовано на предприятиях, занимающихся получением штапельных минеральных волокон.

Электроизоляционный материал // 2628756

Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к технологии изолирования кабелей среднего напряжения на основе сшиваемого полиэтилена низкой плотности.

Способ получения кристаллических алмазных частиц // 2628617

Изобретение относится к нанотехнологии алмазных частиц, необходимых для финишной шлифовки и полировки различных изделий и для создания биометок. Способ получения кристаллических алмазных частиц включает добавление к порошку наноалмазов, полученных детонационным синтезом, циклоалкана (циклического насыщенного углеводорода) или многоосновного спирта в количестве 5-85 мас.

Способ получения наноразмерного высоколюминесцентного апатита с примесью европия (eu) // 2628610

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано для получения надежного люминесцентного маркера в медицине и биологии. Сначала смешивают водные растворы, содержащие катионы Са2+ и Eu3+, при контроле их концентрации и соотношении в растворе.

Способ повышения адгезионной прочности покрытия tin и (ti+v)n к подложке титанового сплава вт-6 // 2628594

Изобретение относится к способу нанесения защитного покрытия из слоев TiN и (Ti+V)N на подложку из титанового сплава ВТ-6. Осуществляют одновременное напыление слоев TiN и (Ti+V)N на подложку из титанового сплава ВТ-6 с помощью двух электродуговых испарителей с чередованием времени нанесения каждого слоя и количества напыляемого материала с каждого из катодов электродуговых испарителей в атмосфере инертного газа.

Способ получения нанокапсул l-аргинина // 2627819

Изобретение относится в области нанотехнологии, медицине, фармакологии и фармацевтики и раскрывает способ получения нанокапсул L-аргинина в каррагинане. Способ характеризется тем, L-аргинин медленно добавляют в суспензию каррагинана в бутиловом спирте в присутствии 0,01 препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1300 об/мин, затем приливают 5 мл гексана, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:3 или 1:1.

Способ получения углерод-фторуглеродного нанокомпозитного материала // 2627767

Изобретение относится к получению нанокомпозитных материалов. Предложен способ получения углерод-фторуглеродного нанокомпозитного материала, включающий термодеструкцию твердого политетрафторэтилена, которую осуществляют в плазменной среде, образующейся в результате предварительной деструкции аналогичного образца политетрафторэтилена в импульсном высоковольтном электрическом разряде в воздухе, при амплитуде импульсов 2-10 кВ с последующим сбором продуктов деструкции в виде сажеобразного продукта, содержащего отдельные наночастицы элементов, входящих в состав электродов.

Способ получения нанокапсул сухого экстракта шиповника в агар-агаре // 2627585

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к способу получения нанокапсул, и описывает способ получения нанокапсул сухого экстракта шиповника в агар-агаре.

Способ получения нанокапсул антибиотиков тетрациклинового ряда в конжаковой камеди // 2627580

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к способу получения нанокапсул антибиотиков тетрациклинового ряда. Способ характеризуется тем, что антибиотики выбирают из тетрациклина, диоксициклина, миноциклина, при осуществлении способа в суспензию конжаковой камеди в бутаноле и 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества добавляют порошок антибиотика, затем по каплям добавляют петролейный эфир, который используется в качестве осадителя, причем соотношение количеств антибиотика к количеству конжаковой камеди составляет 1:1, 1:3, 1:5 или 5:1, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат.

Катализатор для селективного окисления сероводорода (варианты) // 2629193

Изобретение относится к катализаторам (вариантам) для селективного окисления сероводорода в элементарную серу, включающим соединения железа и кислородсодержащие соединения неметалла. Катализатор дополнительно содержит силикаты и/или алюмосиликаты в количестве 1,0-40,0 мас. %, катализатор в качестве кислородсодержащих соединений неметалла содержит соединения фосфора и/или бора и имеет следующий состав, в пересчете на оксид, мас. %: Fe2O3 - 36,0-85,0, P2O5/B2O5 - 4,0-25,0, силикаты и/или алюмосиликаты - 1,0-40,0. Второй вариант катализатора дополнительно включает по крайней мере одно соединение металла, выбранного из группы: кобальт, марганец, цинк, хром, медь, никель, титан, молибден, вольфрам, ванадий в количестве 0,1-30,0 мас. %. Технический результат заключается в получении катализатора, который характеризуется оптимизированной текстурой: пониженным насыпным весом, повышенным объемом пор, средним диаметром пор и обеспечивает выход серы не менее 85% в интервале температур 180-300°C в многокомпонентных газовых смесях. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 5 табл., 6 пр.