Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления



Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления
Способ получения наноструктурированных порошков ферритов и установка для его осуществления

Владельцы патента RU 2653824:

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

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения наноструктурированных порошков ферритов включает получение смеси соли азотной кислоты и по крайней мере одного оксидного соединения металла, ультразвуковую обработку, термообработку и фильтрацию. Получают смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий, или карбоната лития при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития равном (2-10):(1-5). Альтернативно может быть получена смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, иттрий, или карбоната лития в винной кислоте или этиленгликоле при мольном соотношении азотнокислое железо: оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль равном (2-10):(1-5):(4-12). Ультразвуковую обработку осуществляют с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт в течение 4 часов в токе воздуха, который подают со скоростью 0,014-0,15 м/с. Термообработку осуществляют в три стадии: при 300-350°С на первой стадии; при 700-900°С на второй стадии и при 120-150°С на третьей стадии. Фильтрацию осуществляют с использованием электрофильтра, на коронирующий электрод которого подают напряжение 6-9 кВ. Установка для получения наноструктурированных порошков ферритов содержит емкость для исходного раствора, термохимический реактор, корпус которого снабжен четырьмя нагревателями, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха и электрофильтр, снабженный осадительным и коронирующим электродами. Корпус реактора выполнен в виде трубчатой печи. В качестве побудителя расхода воздуха использован компрессор, связанный через регулятор давления и игольчатый вентиль с ультразвуковым распылителем. Изобретение позволяет получить наноструктурированные порошки ферритов с высокоразвитой пористой поверхностью и частицами, имеющими форму сферы. 2 н.п. ф-лы, 12 ил., 5 пр.

 

Изобретение относится к области получения порошков сложных оксидов металлов, в частности ферритов, и может быть использовано в химической промышленности.

Известен способ получения ферритов, в котором исходные компоненты смешивают, подвергают помолу и проводят механическую активацию смеси в энергонапряженном аппарате в течение не менее 10 минут, полученную смесь брикетируют, нагревают с помощью облучения проникающим электронным пучком до температуры синтеза, выдерживают при данной температуре под облучением при одновременном воздействие ультразвука частотой от 15 до 25 кГц и охлаждают (патент RU 2507031, МПК B22F 3/087; B22F 1/00; С04В 35/26, 2014 год).

Однако известный способ имеет ряд недостатков, во-первых, использование механоактивации может привести к загрязнению реакционной смеси материалом барабанов и мелющих тел; во-вторых, механическое смешивание исходных компонентов в виде сухих порошков может привести к неравномерному распределению и нарушению стехиометрии в получаемом продукте. Кроме того, способ не обеспечивает получения наноразмерных порошков.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения пористого нанопорошка феррита висмута, согласно которому соль железа, соль висмута и кислоту смешивают с деионизированной водой с перемешиванием до полного растворения компонентов, затем получают раствор щелочи в деионизированной воде при перемешивании, в полученный раствор по каплям добавляют раствор соли железа, соли висмута и кислоты, после чего полученный продукт подвергают промывке и центрифугированию, в результате которых получают золь BiFeO3, который смешивают с деионизированной водой и подвергают ультразвуковому диспергированию, затем добавляют органический растворитель и сублимируемое соединение в качестве матрицы, сольвотермическую реакцию проводят в водном органическом растворителе, продукт подвергают дистилляции, обжигу, охлаждению, шлифованию, промывке, фильтрованию, сушке и измельчению (патент CN 105521789; МПК B01J 23/843, B01J 35/10, B82Y 30/00, B82Y 40/00, C01G 49/00; 2016 год) (прототип).

Недостатком известного способа является многостадийность процесса за счет использования многократных стадий промывки и центрифугирования, что затрудняет масштабирование процесса до промышленных объемов. Кроме того, способ не позволяет получить ферриты в виде наноструктурированных сферических агломератов.

Известна также установка для получения оксидов металлов, содержащая емкость для исходного раствора, выполненный в виде аппарата вытеснения термохимический реактор, корпус которого снабжен нагревателем, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха, выполненным в виде нагнетающего аппарата или вакуум-насоса, промывной скруббер и систему сухого пылеулавливания, которая может быть выполнена в виде электрофильтра и размещена непосредственно после термохимического реактора (патент RU 2362739, МПК C01G 1/02, 2009 год) (прототип). Способ позволяет получать нано- и ультраразмрные порошки сложных оксидов.

Однако способ не позволяет получать объемные наноструктурированные материалы, в частности порошки с пористой поверхностью.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения сложных оксидов металлов, а именно ферритов металлов, обеспечивающий получение наноструктурированных порошков с высоко развитой пористой поверхностью.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения наноструктурированных порошков ферритов, включающем получение исходной смеси соли азотной кислоты и по крайней мере одного оксидного соединения соответствующих металлов необязательно в органической жидкости, ультразвуковую обработку, термообработку и фильтрацию, в котором получают смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий или карбоната лития, при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития, равном 2÷10:1÷5, или смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, иттрий, или карбоната лития в винной кислоте или этиленгликоле при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль, равном 2÷10:1÷5:4÷12, ультразвуковую обработку осуществляют с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт в течение 4 часов в токе воздуха, который подают со скоростью 0,014÷0,15 м/с, термообработку осуществляют в три стадии: при 300-350°С на первой стадии; при 700-900°С на второй стадии и при 120-150°С на третьей стадии, при этом фильтрацию осуществляют с использованием электрофильтра, на коронирующий электрод которого подают напряжение 6-9 КВ.

Поставленная задача также решена в установке для получения наноструктурированных порошков ферритов, содержащей емкость для исходного раствора, термохимический реактор, корпус которого снабжен по крайней мере одним нагревателем, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха и электрофильтр, снабженный осадительным и коронирующем электродами, в которой корпус реактора, выполненного в виде трубчатой печи, снабжен четырьмя нагревателями, расположенными последовательно по центральной оси корпуса, в качестве побудителя расхода воздуха использован компрессор, связанный через регулятор давления и игольчатый вентиль с ультразвуковым распылителем, электрофильтр дополнительно снабжен нагревателем и выполнен в виде кварцевой трубки, при этом осадительный электрод выполнен из титановой фольги, расположенной по внутреннему периметру кварцевой трубки, а коронирующий электрод выполнен в виде трубки из сетки с шагом 1 мм из нержавеющей стали, на которой закреплены штыри из нержавеющей стали, расположенные по три с шагом 10 мм.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения ферритов, в котором получают смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий, или карбоната лития необязательно в винной кислоте или этиленгликоле, ультразвуковую обработку осуществляют с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт в течение 4 часов в токе воздуха, который подают со скоростью 0,014÷0,15 м/с, термообработку осуществляют в три стадии: при 300-350°С на первой стадии; при 700-900°С на второй стадии и при 120-150°С на третьей стадии, при этом на коронирующий электрод электрофильтра подают напряжение 6-9 кВ. Не известна также конструкция установки для осуществления предлагаемого способа.

При разработке предлагаемого способа получения наноструктурированных порошков ферритов авторы учитывали результаты современных исследований, подтверждающих, что изменение морфологии является действенным способом управления функциональными характеристиками наноматериалов, а также влияет на их биосовместимость, поскольку является, по сути, отражением результата эволюции (трансформации) поверхности (границы раздела сред) в процессе получения материала. Морфологическое разнообразие в наибольшей степени важно именно для наноматериалов, поскольку они характеризуются, как правило, большой долей поверхностных атомов, предопределяющих особенности физико-химических свойств. С другой стороны, большинство наноматериалов является термодинамически неравновесными, поэтому неравновесная (отличная от формы монокристалла данного вещества) морфология является отражением метастабильности наноматериалов, то есть нахождения системы в локальном минимуме свободной энергии. Таким образом, возможности применения нанопорошков могут быть значительно расширены за счет получения порошков, характеризующихся различными морфологиями, в частности наноструктурированных порошков, имеющих форму сферы с сильно развитой пористой поверхностью, которые могут быть получены предлагаемым способом с использованием установки предлагаемой конструкции. Экспериментальным путем авторами были выявлены необходимые условия получения с учетом того, что образование конкретной наноструктуры зависит от двух процессов: испарение органической жидкости, в среде которой осуществляют ультразвуковую обработку, и уменьшение размеров капли аэрозоля, с одной стороны, и диффузия целевого компонента, стремящаяся выровнять концентрацию целевого компонента в оставшемся объеме капли аэрозоля. Как показали исследования, проведенные авторами, если скорость испарения и, как следствие, уменьшение размеров капли сравнимо с диффузией выравнивающей концентрацию, получают плотные агломераты наноразмерной величины. Если испарение намного больше процессов диффузии, на поверхности возникает пересыщенный раствор, что в конечном итоге приводит к образованию полых или пористых структур. При этом необходимо соблюдение следующих условий: контроль скорости прохождения частиц аэрозоля через реактор, обеспечение равномерности распределения температуры по длине реактора, система поддержания оптимальной работы электрофильтра и отвода конденсата.

Задача предлагаемого технического решения - формирование наноструктурированных порошков сложных оксидов металлов (ферритов) в виде сфер, полых или с пористой поверхностью, решена, во-первых, системой контроля и регулирования объемного расхода несущего газа, в качестве которого используют воздух. При этом уменьшение скорости менее 0,014 м/с ведет к формированию плотноупакованных частиц порошка, и как следствие, отсутствие пористости. Увеличение скорости более 0,15 м/с не позволяет получить однофазный продукт. На фиг. 1 и 2 приведены магнитные характеристики полученных порошков (коэрцитивная сила на фиг. 1 и намагниченность на фиг. 2.) в зависимости от скорости движения частиц в реакторе. Характерной особенностью проявления магнитных свойств нанокристаллов является изменение намагниченности и коэрцитивной силы с уменьшением их размера. Это явление связано с увеличением числа магнитных ионов на поверхности. Поэтому было выдвинуто предположение, что образцы с большей намагниченностью обладают более развитой поверхностью. Для объяснения магнитных свойств дополнительно были проведены измерения площади поверхности частиц. Установлено, что образцы синтезированные на скорости 0,014 м/с имеют суммарную площадь с учетом площади пор 2,686 м2/г и в тоже время обладают наименьшей намагниченностью 0,042 emu/г. Образцы полученные при скорости потока несущего газа 0,15 м/с обладают суммарной поверхностью 4,13 м2/г и намагниченностью 1,28 emu/г.

Результаты эксперимента свидетельствуют, что поставленная задача решена путем использования разработанных авторами условий проведения процесса. Во-первых, ведением термообработки в несколько этапов, два из которых проводят в термохимическом реакторе, выполненном в виде трубчатой печи, разделенном на четыре зоны. Первая зона обеспечивает первичное испарение органической жидкости; вторая, третья и четвертая зоны, имея одинаковый температурный режим, обеспечивают равномерность распределения температуры по длине реактора. При этом снижение температуры ниже 300°С на первой стадии обусловливает неполное испарение растворителя, что способствует продолжению процессов коалисценции, что увеличивает средний размер частиц порошка. При повышении температуры выше 350°С для получения порошков с различной наноструктурой приходится значительно увеличивать скорость потока несущего газа в результате частицы порошка слишком быстро проходят высокотемпературную печь и синтез не проходит до конца. Понижение температуры ниже 700°С на второй стадии не позволяет получить однофазные образцы. Повышение температуры выше 900°С приводит к плавлению получаемого продукта. Во-вторых, с учетом того, что и малые потоки несущего газа обеспечивают получение наноструктурированных частиц, соблюдением особых требований к электрофильтру путем применения трубчатого электрофильтра с системой автоматического поддержания оптимального напряжения коронного разряда. Для того, чтобы частицы порошка не уносились конденсатом, электрофильтр снабжен электронагревателем 6. В такой схеме конденсация паров начинается после удаления частиц порошка из потока несущего газа. При этом снижение температуры ниже 120°С ведет к конденсации паров воды и кислот на электродах и частицах порошка и не позволяет получить сухой порошок пригодный без дополнительных методов промывки и просушки. Повышение температуры выше 150°С ведет к излишним энергетическим затратам. При работе электрофильтра необходимо учитывать, что при улавливании хорошо проводящих частиц порошка их слой, оседающий на электроде, получает заряд с тем же знаком и отталкивается в поток газа. При этом какая-то часть порошка из электрофильтра может быть просто вынесена. В случае если частицы порошка не проводимы, они прижимаются силой электрического поля к электроду и образуют на нем плотный слой. Осевший на электродах слой порошка, который заряжен отрицательно, начинает отталкивать приближающиеся к нему частицы с тем же знаком, то есть он противодействует основному электрополю. Таким образом, для заряда частиц необходимо ионизировать газ. В предлагаемом способе самостоятельную ионизацию осуществляют путем приложения на электроды высокого постоянного напряжения в диапазоне 6-9 кВ. При ионизации предлагаемым способом слой газа пробивает лишь на некотором отрезке расстояния между двумя электродами. Необходимо чтобы часть газа оставалась непробитой и служила изоляцией, которая бы предохраняла электроды от короткого замыкания и возникновения искры между ними. Авторами экспериментально создана такая конструкция, обеспечивающая необходимую изоляцию. В предлагаемой конструкции корпус электрофильтра выполнен в виде кварцевой трубки. Осадительный электрод выполнен из титановой фольги, расположенной по внутреннему периметру кварцевой трубки. Запитывающий провод крепится в нижней части болтом из нержавеющей стали и выводится наружу. При необходимости извлечения полученного порошка осадительный электрод легко достается из кварцевой трубки. Коронирующий электрод закреплен в центре и выполнен в виде трубки из сетки с шагом 1 мм из нержавеющей стали и является жестким каркасом крепления коронирующих точек и в тоже время создает существенную неоднородность электрического поля. Коронирующие точки выполнены в виде штырей из нержавеющей проволоки, которые выходят из сетчатой трубки в сторону осадительного электрода.

Авторами установлено, что скорость испарения раствора в реакторе на первой стадии термообработки зависит от используемой органической жидкости. В качестве прекурсора используют раствор нитрата и раствор винной кислоты или этиленгликоль. Использование добавок в виде винной кислоты и этиленгликоля приводит к образованию сложных комплексов и увеличивает температуру испарения, что в свою очередь приводит к появлению пор. При этом при выходе за пределы предлагаемого соотношения железо азотнокислое : оксид металла или карбонат лития не образуется соединения заданного состава. При мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль меньше 4 не образуются органические комплексы, что не приводит в увеличению пористости и частицы получаются такие же, как и без использования органической добавки. При соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль больше 12 раствор становится слишком вязким и аэрозоль не образуется.

На фиг. 3 изображена установка для получения наноструктурированных порошков ферритов предлагаемым способом. Установка содержит термохимический реактор (1), выполненный в виде трубчатой печи, в которой последовательно по центральной оси расположены нагреватели (2, 3, 4, 5). Блок (18) обеспечивает независимое управление и контроль температурных режимов всех печей. Нагреватель (6) соединен с электрофильтром (9), состоящим из осадительного электрода (10) и коронирующего электрода (11). В нижней части электрофильтра (9) расположен бункер для сбора порошка (12). Электрофильтр соединен с гидродозатором (13), управляемым источником высокого напряжения (19) и системой поддержания оптимального напряжения (20). Емкость для исходного раствора (17) через дозирующий клапан (22) соединена с камерой ультразвукового распылителя (7), который соединен с компрессором (14) через регулятор давления (15), игольчатый вентиль (21) и расходомер (16) и генератором с частотой 1,7 МГц (8).

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Исходный раствор, содержащий смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий, или карбоната лития необязательно в винной кислоте или этиленгликоле при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития: винная кислота или этиленгликоль, равном 2÷10:1÷5:4÷12, подают в емкость (17), из которой раствор через дозирующий клапан (22) подают в емкость ультразвукового распылителя (7). Ультразвуковой распылитель подключен к генератору (8) с частотой 1.7 МГц и мощностью 20 Вт. В камеру ультразвукового распылителя (7) через регулятор давления (15), игольчатый вентиль (21) и расходомер (16) подают компрессором (14) воздух со скоростью 0,014÷0,15 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. При изменении скорости потока изменяется производительность, так при скорости 0,014 м/с поток аэрозоля составляет 0,0013 г/мин, при скорости 0,15 м/с - 0,179 г/мин. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1), содержащую четыре независимых нагревателей (2, 3, 4, 5). Нагреватель (2) обеспечивает испарение жидкости из капель аэрозоля при температуре 300-350°С, нагреватели (3, 4 и 5) обеспечивают прохождение реакции и получение порошка сложных оксидов. Блок (18) обеспечивает независимое управление и контроль температурных режимов всех нагревателей. Продукт через нагреватель (6), который предотвращает конденсацию паров в электрофильтре (9), поступает в электрофильтр (9) и затем в бункер для сбора порошка (12). Очищенный поток воздуха от порошка вместе с конденсатом поступает в гидрозатвор (13). Запитку электрофильтра производят от управляемого источника высокого напряжения (19) и системы поддержания оптимального напряжения (20). Полученный порошок подвергали рентгенофазовому анализу. Форму и размеры частиц определяли методом сканирующей электронной микроскопии (РЭМ JEOLJSM 6390 с энергодисперсным анализатором JED2100).

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 1,7138 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 0,2009 г. оксида марганца MnO2 марки хч и 7,7051 г оксида висмута Bi2O3 (хч) и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. Берут 14,6854 г сухой винной кислоты марки хч и растворяют ее в горячей дистиллированной воде. Полученные растворы сливают, получают мольное соотношение азотнокислое железо : (оксид марганца + оксид висмута) : винная кислота, равное 2:3,5:5,2, и перемешивают в течение 2 часов при температуре 100°С. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 8,591*10-7 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,014 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 300°С, температура второй стадии - 750°С, температура третьей стадии - 150°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).

Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом BiFe0,93Mn0,07O3 со структурой перовскита (см. фиг. 4). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм с порами 150 нм и удельной поверхностью 2,686 м2/г. (см. фиг. 5).

Пример 2. Берут 1,7138 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 0,0835 г. оксида марганца MnO2 марки хч и 7,7335 г оксида висмута Bi2O3 (хч) и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. Полученный раствор разбавляют дистиллированной водой до 200 мл и получают соотношение соотношении азотнокислое железо : (оксид марганца + оксид висмута), равном 2:3,7. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 6,87*10-6 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,108 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 300°С, температура второй стадии - 750°С, температура третьей стадии - 150°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).

Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом BiFe0,97Mn0,03О3 со структурой перовскита (см. фиг. 6). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм и удельной поверхностью 3,14 м2/г., площадь пор 0,62 м2/г (см. фиг. 7).

Пример 3. Берут 1,7138 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 0,2009 г. оксида марганца MnO2 марки хч и 7,7051 г оксида висмута Bi2O3 (хч) и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. Берут 14,6854 г сухой винной кислоты и растворяют ее в горячей дистиллированной воде. Полученные растворы сливают, получают соотношение соотношении азотнокислое железо : (оксид марганца + оксид висмута) : винная кислота, равном 2:3,5:5,2, и перемешивают в течение 2 часов про температуре 100°С. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 6,87*10-6 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,108 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 300°С, температура второй стадии - 750°С, температура третьей стадии - 150°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).

Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом BiFe0,93Mn0,07O3 со структурой перовскита (см. фиг. 8). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм с порами 50 нм и удельной поверхностью 3,7 м2/г (см. фиг. 9).

Пример 4. Берут 13,9600 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 1,8475 г. карбоната лития Li2CO3 (осч) и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. К полученному раствору добавляют 17 мл этиленгликоля плотностью 1,114 г/мл, разбавляют дистиллированной водой до 200 мл и получают соотношение азотнокислое железо : оксид лития: этиленгликоль, равном 10:1:10. Раствор перемешивают в течение 2 часов при температуре 100°С. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 8,591*10-7 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,108 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 300°С, температура второй стадии - 750°С, температура третьей стадии - 150°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).

Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом LiFe5O8 со структурой перовскита (см. фиг. 10). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм и удельной поверхностью 6,55, площадь поверхности пор 5,64 м2/г (см. фиг. 11).

Пример 5. Берут 7,5330 г железа металлического марки Р10, добавляют 100 мл разбавленной (1:1) азотной кислоты и нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения железа. К полученному раствору добавляют 9,1449 г оксида иттрия Y2O3 марки ИтО-И и продолжают нагревать до полного растворения компонентов. К полученному раствору добавляют 7,5 мл этиленгликоля плотностью 1,114 г/мл, разбавляют дистиллированной водой до 200 мл и получают соотношение азотнокислое железо : оксид иттрия : этиленгликоль, равном 3:5:4. Раствор перемешивают в течение 2 часов при температуре 100°С. Готовый раствор помещают в емкость (17). По расходомеру устанавливают объемный расход воздуха 9,55*10-6 м3/с, при этом линейная скорость частиц аэрозоля равна линейной скорости потока воздуха и составляет 0,15 м/с. Ультразвуковую обработку проводят в течение 4 часов с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт. Аэрозоль из ультразвукового распылителя (7) потоком воздуха подают в трубчатую печь (1). Температура печи первой стадии термообработке - 350°С, температура второй стадии - 900°С, температура третьей стадии - 120°С. Затем порошок поступает в электрофильтр (9) и в бункер для сбора порошка (12).

Полученный продукт по данным рентгенофазового анализа является однофазным ферритом Y3Fe5O12 со структурой граната (см. фиг. 12). Частицы представляют собой наноструктурированные агломераты в виде полых сфер со средним размером 900 нм и удельной поверхностью 24,3 м2/г и поверхность пор 6,55 м2/г.

Таким образом, авторами предлагается способ получения ферритов и установка для его осуществления, обеспечивающие получение наноструктурированных порошков с высоко развитой пористой поверхностью, имеющих форму сферы.

1. Способ получения наноструктурированных порошков ферритов, включающий получение исходной смеси соли азотной кислоты и по крайней мере одного оксидного соединения соответствующих металлов необязательно в органической жидкости, ультразвуковую обработку, термообработку и фильтрацию, отличающийся тем, что получают смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий, или карбоната лития при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития равном 2÷10:1÷5, или смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, иттрий, или карбоната лития в винной кислоте или этиленгликоле при мольном соотношении азотнокислое железо: оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль равном 2÷10:1÷5:4÷12, ультразвуковую обработку осуществляют с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт в течение 4 часов в токе воздуха, который подают со скоростью 0,014÷0,15 м/с, термообработку осуществляют в три стадии: при 300-350°С на первой стадии; при 700-900°С на второй стадии и при 120-150°С на третьей стадии, при этом фильтрацию осуществляют с использованием электрофильтра, на коронирующий электрод которого подают напряжение 6-9 кВ.

2. Установка для получения наноструктурированных порошков ферритов по п. 1, содержащая емкость для исходного раствора, термохимический реактор, корпус которого снабжен по крайней мере одним нагревателем, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха и электрофильтр, снабженный осадительным и коронирующем электродами, отличающаяся тем, что корпус реактора, выполненного в виде трубчатой печи, снабжен четырьмя нагревателями, расположенными последовательно по центральной оси корпуса, в качестве побудителя расхода воздуха использован компрессор, связанный через регулятор давления и игольчатый вентиль с ультразвуковым распылителем, электрофильтр дополнительно снабжен нагревателем и выполнен в виде кварцевой трубки, при этом осадительный электрод выполнен из титановой фольги, расположенной по внутреннему периметру кварцевой трубки, а коронирующий электрод выполнен в виде трубки из сетки с шагом 1 мм из нержавеющей стали, на которой закреплены штыри из нержавеющей стали, расположенные по три с шагом 10 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ утилизации отходов хроматного производства включает смешение исходных дисперсных материалов и плавку в электродуговой печи при температуре от 1100 до 1400°С с пирометаллургическим получением феррохрома.

Изобретение может быть использовано в электронике, в производстве телекоммуникационного оборудования и электродвигателей. Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта(II) включает приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли кобальта и железа.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении магнитов с полимерной связкой и спеченных магнитов. Для получения магнитотвердого материала на основе нитридов интерметаллических соединений самария с железом и переходными металлами, выбранными из группы Ti, Nb, Mo, смешивают порошки железа и одного, двух или трех переходных металлов Ti, Nb, Mo таким образом, чтобы легирующие элементы замещали не более 10 масс.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания гексаферритовых магнитомягких материалов для индуктивных элементов дециметрового и сантиметрового частотного диапазонов.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Технический результат - повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита стронция, что обеспечивает повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита стронция больше 235 кА/м за счёт снижения температуры синтеза и обжига.

Изобретение может быть использовано для установления подлинности или верификации взрывчатых веществ, ценных бумаг, дорогостоящего оборудования, ювелирных изделий.

Изобретение может быть использовано при создании магнитоактивных катализаторов. Способ получения раствора магнитоактивного соединения включает конденсацию из раствора сульфата железа (II), содержащего лигносульфонаты, и раствора окислителя при их смешении.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам электрохимического окисления железа для получения реагента-окислителя феррата (VI) FeO42-.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов бария. Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита бария больше 230 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов, что приводит к значительному снижению температуры обжига.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита стронция больше 235 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита стронция.

Изобретение относится к получению керамических перовскитоподобных манганитов и может быть использовано в электротехнике, магнитной и спиновой электронике. Поликристаллический материал на основе лантан-стронциевого манганита имеет состав La0,810Sr0,190Mn1-x(Zn0,5Ge0,5)xO3, где x принимает значения от 0,148 до 0,152.

Изобретение может быть использовано при создании магниточувствительных диодных структур, магнитных переключателей и сенсоров магнитных полей на основе ферромагнитного композита.

Изобретение может быть использовано в производстве элементов микроэлектроники, сенсорной техники. Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением включает марганец и серу и дополнительно содержит гольмий при следующем соотношении компонентов, мас.%: гольмий 2,5-15, марганец 47,5-35, сера 50.

Изобретение относится к новому содержащему марганец (Mn) фосфату типа (MnxMety)3(PО4)2·3H2О, причем x+y=1, соотношение Mn:(Mn+Met)=х:(х+у) составляет ≥0,15 и Met представляет собой один или несколько металлов, выбранных из Fe, Со, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Zr, Hf, Re, Ru, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu.

Изобретение может быть использовано для полуколичественного определения марганца(II) и меди(II) в водных растворах, в частности в природных и сточных водах в полевых условиях.

Изобретение относится к технологии получения высокопористых покрытий на основе систем двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, производстве материалов катализаторов, в качестве функционально-чувствительных, декоративных, фильтрующих и перераспределяющих излучение покрытий.

Изобретение относится к лакокрасочной промышленности. .
Изобретение относится к области химии платиновых металлов, в частности синтезу соединений палладия, а именно синтезу гетероядерных ацетатов палладия с цветными металлами.

Изобретение относится к новым магнитным, теллурсодержащим халькогенидам марганца MnSe1-xTex, обладающим гигантским магнитосопротивлением (т.е. .

Изобретение относится к новым сульфидным соединениям, которые могут быть использованы для нужд микроэлектроники, в частности к созданию магнитострикционных материалов.

Изобретение относится к области получения порошка кристаллического соединения Bi12SiO20 и может быть использовано в радиоэлектронике для создания электро- и магнито-оптических модуляторов лазерного излучения.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения наноструктурированных порошков ферритов включает получение смеси соли азотной кислоты и по крайней мере одного оксидного соединения металла, ультразвуковую обработку, термообработку и фильтрацию. Получают смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, литий, иттрий, или карбоната лития при мольном соотношении азотнокислое железо : оксиды металлов или карбонат лития равном :. Альтернативно может быть получена смесь азотнокислого железа и по крайней мере одного оксида металла, выбранного из группы: марганец, висмут, иттрий, или карбоната лития в винной кислоте или этиленгликоле при мольном соотношении азотнокислое железо: оксиды металлов или карбонат лития : винная кислота или этиленгликоль равном ::. Ультразвуковую обработку осуществляют с частотой 1,7 МГц при мощности излучения 20 Вт в течение 4 часов в токе воздуха, который подают со скоростью 0,014-0,15 мс. Термообработку осуществляют в три стадии: при 300-350°С на первой стадии; при 700-900°С на второй стадии и при 120-150°С на третьей стадии. Фильтрацию осуществляют с использованием электрофильтра, на коронирующий электрод которого подают напряжение 6-9 кВ. Установка для получения наноструктурированных порошков ферритов содержит емкость для исходного раствора, термохимический реактор, корпус которого снабжен четырьмя нагревателями, ультразвуковой распылитель, побудитель расхода воздуха и электрофильтр, снабженный осадительным и коронирующим электродами. Корпус реактора выполнен в виде трубчатой печи. В качестве побудителя расхода воздуха использован компрессор, связанный через регулятор давления и игольчатый вентиль с ультразвуковым распылителем. Изобретение позволяет получить наноструктурированные порошки ферритов с высокоразвитой пористой поверхностью и частицами, имеющими форму сферы. 2 н.п. ф-лы, 12 ил., 5 пр.

Наверх