RU2566781C1 - Способ получения коротких углеродных нановолокон, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора - Google Patents
Способ получения коротких углеродных нановолокон, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2566781C1 RU2566781C1 RU2014125868/05A RU2014125868A RU2566781C1 RU 2566781 C1 RU2566781 C1 RU 2566781C1 RU 2014125868/05 A RU2014125868/05 A RU 2014125868/05A RU 2014125868 A RU2014125868 A RU 2014125868A RU 2566781 C1 RU2566781 C1 RU 2566781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- catalytically active
- aluminum
- carrier
- short carbon
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 73
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 38
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 21
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 13
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 7
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 abstract description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 6
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 abstract description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 abstract description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 16
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 16
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 11
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 10
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 8
- 229910000358 iron sulfate Inorganic materials 0.000 description 8
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 6
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 6
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 4
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 4
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 3
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 2
- 229910003208 (NH4)6Mo7O24·4H2O Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при изготовлении композиционных материалов, катализаторов, материалов для хранения газов. Катализатор - нанодисперсный порошок никелида алюминия, покрытый каталитически активным металлом из ряда, включающего железо, кобальт, никель, молибден или их смеси, получают путём его пропитки солями указанных каталитически активных металлов, сушки, прокаливания и модифицирования монохроматическим электромагнитным излучением в импульсном режиме с частотой 10-30 Гц при удельной мощности излучения 1,1-1,8 кВт/мм2. Затем катализатор нагревают до 1100-1300°C и распыляют в нагретой до температуры 500-600°C парогазовой смеси водорода, ароматических соединений, предельных и/или непредельных углеводородов. Полученные короткие углеродные нановолокна равномерны по длине и имеют диаметр до 50 нм. Изобретение обеспечивает возможность регулирования длины нановолокон при высокой производительности за счёт непрерывности процесса. 3 н.п. ф-лы, 1 табл., 16 пр.
Description
Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности получения углеродных наноструктур (УНС), которые могут использоваться при создании композиционных материалов, адсорбентов, катализаторов, материалов для хранения газов.
Известны способы получения углеродных наноструктур и катализаторы для их реализации (А.Г. Ткачев, И.В. Золотухин. Аппаратура и методы синтеза твердотелых наноструктур: монография. - М.: «Издательство Машиностроение-1», 2007. - 316 с.).
Данная технология заключается в том, что углеродсодержащий газ (прекурсор углерода) подвергается разложению на металлическом катализаторе при температурах от 500 до 1500°C. Процесс проводят одним из двух методов: выращиванием УНС на катализаторе, нанесенном на подложке, либо выращиванием УНС с использованием летучего катализатора, подаваемого в реакционную зону в токе газа-носителя.
Недостатками известных способов служат низкий выход продукта, высокая степень его загрязнения технологическими примесями, большое число структурных дефектов.
Известен способ получения катализатора пропиткой оксидного носителя каталитически активным компонентом с последующей сушкой, прокаливанием и охлаждением (Патент РФ №2326732).
Недостатком известной технологии являются низкие долговечность и каталитическая активность получаемого катализатора.
Известен катализатор и синтез углеродных наноструктур, полученных каталитическим разложением метана с последующим синтезом наноструктур на железосодержащем катализаторе при температуре не выше 650°C (Патент РФ №2146648).
Недостатками данной технологии являются низкий удельный выход получаемого продукта, который при длительности синтеза 17 ч не превышает 20 г/г катализатора, и высокая степень загрязнения металлом катализатора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению служит способ получения углеродных наноструктур, включающий нагрев реакционной зоны до температуры пиролиза, синтез наноструктур на металлосодержащем катализаторе при температуре пиролиза в процессе каталитического разложения углеродсодержащего газа, при этом в качестве углеродсодержащего газа используют парогазовую смесь водорода, ароматических соединений, предельных и/или непредельных углеводородов, подачу которой в реактор осуществляют при линейной скорости от 50 до 350 мм/с, а температуру пиролиза поддерживают в пределах 650-950°C, причем перед использованием металлосодержащий катализатор модифицируют монохроматическим электромагнитным излучением. В качестве предельных и/или непредельных углеводородов используют метан, этан, пропан, ацетилен или этилен либо их смесь. В качестве ароматических соединений используют бензол, толуол или ксилол либо их смесь. Применяемый катализатор для получения углеродных наноструктур включает носитель и каталитически активный металл: железо, кобальт, никель, молибден или их смесь, причем носитель выполнен из кристаллических модификаций оксида алюминия, а катализатор модифицирован монохроматическим электромагнитным излучением (Патент РФ №2414420).
Недостатком прототипа является низкое качество получаемой продукции вследствие высокой неравномерности длины получаемых волокон, а также низкая производительность процесса и скорость роста наноструктур.
Задача, решаемая заявленным изобретением, состоит в создании высокопроизводительной технологии получения углеродных нановолокон высокой степени равномерности по длине.
Технический результат заключается в получении равномерных по длине углеродных нановолокон диаметром до 50 нм и длиной до нескольких мкм с возможностью регулирования длины волокон в процессе синтеза при непрерывности процесса.
Заявленная группа изобретений представляет собой единый изобретательский замысел, в котором способ получения катализатора и его состав определяют такие специфические свойства, которые позволяют при его применении в сочетании с отличительными признаками заявленного способа синтеза углеродных наноструктур получать волокна одинаковой длины.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что синтез нановолокон осуществляют при температуре пиролиза в процессе каталитического разложения углеродсодержащего газа, в качестве которого используют парогазовую смесь водорода, ароматических соединений, предельных и/или непредельных углеводородов на металлосодержащем катализаторе, модифицированном монохроматическим электромагнитным излучением, причем катализатор имеет вид нанодисперсного порошка из никелида алюминия, покрытого каталитически активным металлом, который предварительно нагревают до температуры 1100-1300°C и распыляют в нагретой до температуры 500-600°C парогазовой смеси.
Технический результат достигается также применением катализатора для получения коротких углеродных нановолокон, включающего носитель и металлосодержащий каталитически активный металл, модифицированный монохроматическим электромагнитным излучением, при этом носитель выполнен из нанодисперсного порошка никелида алюминия, а модифицирование катализатора осуществляют в импульсном режиме с частотой 10-30 Гц при удельной мощности излучения 1,1-1,8 кВт/мм2.
В качестве предельных и/или непредельных углеводородов используют метан, этан, пропан, ацетилен или этилен либо их смесь. В качестве ароматических соединений используют бензол, толуол или ксилол либо их смесь. В качестве каталитически активного металла применяют железо, кобальт, никель, молибден или их смесь.
Указанные отличительные признаки существенны.
Обработка лазерным излучением с удельной мощностью 1,1-1,8 кВт/мм2 в импульсном режиме с частотой 10-30 Гц катализатора, содержащего железо, кобальт, никель и молибден, находящихся на носителе из никелида алюминия, придает катализатору особые свойства, проявляющиеся при синтезе углеродных наноструктур в процессе каталитического разложения парогазовой смеси водорода, ароматических соединений, предельных и/или непредельных углеводородов в условиях повышенных температур пиролиза до 1300°C, позволяет получать углеродные наноструктуры диаметром до 50 нм и длиной до нескольких мкм с высокой равномерностью продукта по длине волокон и регулировать длину волокон и производительность температурой нагрева катализатора и углеводородного сырья.
На первой стадии получения катализатора готовят носитель в виде нанодисперсного порошка никелида алюминия. Порошок получают механическим совместным измельчением смеси порошков никеля и алюминия в мельнице сверхтонкого измельчения (шаровых, планетарных, вибрационных и пр.). При взаимодействии рабочих органов с измельчаемым материалом происходит локальный кратковременный разогрев до высоких температур при высоких давлениях. В результате взаимодействия и измельчения порошков никеля и алюминия образуется нанопорошок соответствующего интерметаллида с размером частиц от 10 до 50 нм.
Готовый носитель пропитывают в одну стадию каталитически активным металлом - солями железа, кобальта, никеля, молибдена или их смесью. Для этого носитель помещают в водный или спиртовой раствор солей названных металлов, выдерживают в растворе, а затем высушивают при комнатной или повышенной температуре на воздухе. На заключительной стадии подготовки катализатора осуществляют его лазерный отжиг в токе воздуха или инертного газа в импульсном режиме с частотой 10-30 Гц при удельной мощности излучения 1,1-1,8 кВт/мм2.
В результате такой обработки монохроматическим электромагнитным излучением формируется катализатор, позволяющий синтезировать углеродные наноструктуры при повышенных температурах с высокой равномерностью по длине нановолокон.
Синтез углеродных нановолокон проводят в проточном реакторе с использованием полученного согласно изобретению катализатора при атмосферном давлении в потоке несущего газа, в качестве которого может быть использован водород или перегретый водяной пар.
Проводят продувку реактора потоком несущего газа в течение 15 мин. Обогрев реактора осуществляют электропечью 14 с максимальной рабочей температурой 1000°C, регулировку температуры осуществляют при помощи электронного блока управления печью. После продувки реактора температуру потока несущего газа реакционной зоны повышают до 500-600°C. Поток несущего газа насыщают парогазовой смесью (углеродсодержащие неароматические соединения, например метан, этан, пропан, ацетилен, этилен или их смесь, или углеродсодержащие ароматические соединения, например толуол, бензол, ксилол или их смесь), которая нагревается до рабочей температуры 500-600°C и равномерно распределяется в несущем газе. Задаваемой концентрацией и температурой парогазовой смеси можно регулировать длину формируемых нановолокон. Для инициации синтеза в нагретой парогазовой смеси распыляют нанодисперсный порошок катализатора, предварительно нагретый до температуры 1100-1300°C. На перегретом катализаторе сразу ускоряется процесс пиролиза и одновременно синтеза нановолокон. С падением температуры катализатора резко замедляется процесс синтеза, что обеспечивает получение коротких нановолокон одинаковой длины.
Готовые волокна постоянно выводят с потоком несущего газа из проточного реактора и отделяют от газа.
Реализация изобретений демонстрируется следующими примерами.
Примеры 1-9 иллюстрируют приготовление катализаторов разного состава, а примеры 10-16 раскрывают технологию получения углеродных нановолокон с использованием катализаторов в соответствии с примерами 1-9.
Пример 1
Изготовленный вышеописанным способом нанодисперсный порошок никелида алюминия перед нанесением катализатора прокаливают на воздухе при 450°C в течение 1 ч. Катализатор готовят пропиткой в одну стадию. Изготавливают водный раствор сульфата железа (III). Для этого 0,5 г Fe2(SO4)3·9H2O (в пересчете на металлический Fe это количество составляет 1% от массы носителя) растворяют в 15-20 мл дистиллированной воды. Носитель, помещенный в фарфоровую чашку, заливают водным раствором сульфата железа при постоянном перемешивании. Далее носитель и раствор сульфата железа перемешивают в течение 10 мин при комнатной температуре и оставляют на воздухе на 60 мин, затем фарфоровую чашку с этой смесью помещают на предварительно нагретую водяную баню и сушат при постоянном перемешивании в течение 50 мин. Затем катализатор помещают в проточный реактор и прокаливают в токе воздуха при температуре 250°C в течение 1 ч. После прокаливания реактор охлаждают, образец помещают в фарфоровую чашку. Затем катализатор помещают в кварцевую кювету и отжигают лазерным излучением при удельной мощности 1,1 кВт/мм2 в импульсном режиме с частотой 30 Гц. Готовый катализатор помещают в герметично закрывающуюся емкость. Компонентный состав катализатора: Fe - 0,9 мас. %; NiAl - 99,1 мас. %, то есть соотношение носителя и каталитически активного компонента составляет 110:1.
Пример 2
Нанодисперсный порошок никелида алюминия перед нанесением катализатора прокаливают на воздухе при 400°C в течение 2 ч. Изготавливают водный раствор сульфата железа (III). Для этого 2,5 г Fe2(SO4)3·9H2O (в пересчете на металлический Fe это количество составляет 5% от массы носителя) растворяют в 15-20 мл дистиллированной воды. Катализатор готовят пропиткой в одну стадию. Носитель, помещенный в фарфоровую чашку, заливают водным раствором сульфата железа при постоянном перемешивании. Далее носитель и раствор сульфата железа перемешивают в течение 20 мин при комнатной температуре и оставляют на воздухе на 60 мин, затем фарфоровую чашку с этой смесью помещают на предварительно нагретую водяную баню и сушат при постоянном перемешивании в течение 1 ч. Затем катализатор помещают в проточный реактор и прокаливают в токе воздуха при температуре 250°C в течение 1 ч. После прокаливания реактор охлаждают, образец помещают в фарфоровую чашку. Затем катализатор помещают в кварцевую кювету и отжигают лазерным излучением при удельной мощности 1,8 кВт/мм2 в импульсном режиме с частотой 25 Гц. Готовый катализатор помещают в герметично закрывающуюся емкость. Полученный компонентный состав катализатора: Fe - 4,8 мас. %, NiAl - 95,2 мас. %, то есть соотношение носителя и каталитически активного компонента составляет 20:1.
Пример 3
Нанодисперсный порошок никелида алюминия перед нанесением катализатора прокаливают на воздухе при 350°C в течение 1 ч. Изготавливают водный раствор сульфата железа (III). Для этого 5,0 г Fe2(SO4)3·9H2O (в пересчете на металлический Fe это количество составляет 10% от массы носителя) растворяют в 15-20 мл дистиллированной воды. Катализатор готовят пропиткой в одну стадию. Носитель, помещенный в фарфоровую чашку, заливают водным раствором сульфата железа при постоянном перемешивании. Далее носитель и раствор сульфата железа перемешивают в течение 20 мин при комнатной температуре и оставляют на воздухе на 60 мин, затем фарфоровую чашку с этой смесью помещают на предварительно нагретую водяную баню и сушат при постоянном перемешивании в течение 1 ч. Затем катализатор помещают в проточный реактор и прокаливают в токе воздуха при температуре 250°C в течение 1 ч. После прокаливания реактор охлаждают, образец помещают в фарфоровую чашку. Затем катализатор помещают в кварцевую кювету и отжигают лазерным излучением при удельной мощности 1,4 кВт/мм2 в импульсном режиме с частотой 10 Гц. Готовый катализатор помещают в герметично закрывающуюся емкость. Компонентный состав катализатора, полученный описанным способом: Fe - 9,1 мас. %, NiAl - 90,9 мас. %, то есть соотношение носителя и каталитически активного компонента составляет 10:1.
Пример 4
Нанодисперсный порошок никелида алюминия перед нанесением катализатора прокаливают на воздухе при 400°C в течение 1 ч. Катализатор готовят пропиткой в две стадии. Изготавливают водный раствор сульфата железа (III). Для этого 5,0 г Fe2(SO4)3·9H2O (в пересчете на металлический Fe это количество составляет 10% от массы носителя) растворяют в 15-20 мл дистиллированной воды. Носитель, помещенный в фарфоровую чашку, заливают водным раствором сульфата железа при постоянном перемешивании. Далее носитель и раствор сульфата железа перемешивают в течение 10 мин при комнатной температуре и оставляют на воздухе на 30 мин, затем фарфоровую чашку с этой смесью помещают на предварительно нагретую водяную баню и сушат при постоянном перемешивании в течение 60 мин. Затем катализатор помещают в проточный реактор и прокаливают в токе воздуха при температуре 250°C в течение 1 ч. После прокаливания и охлаждения катализатор вторично пропитывают. Для этого 5,0 г Fe2(SO4)3·9H2O (в пересчете на металлический Fe это количество составляет 10% от массы носителя) растворяют в 20 мл дистиллированной воды. После вторичной пропитки катализатор сушат, прокаливают и отжигают непрерывным лазерным излучением при удельной мощности 1,2 кВт/мм2 в импульсном режиме с частотой 15 Гц. Компонентный состав катализатора, полученный описанным способом: Fe - 16,7 мас. %, NiAl - 83,3 мас. %, что представляет собой соотношение носителя к каталитически активному компоненту - 5:1.
Пример 5
Нанодисперсный порошок никелида алюминия перед нанесением катализатора прокаливают на воздухе при 350°C в течение 1 ч. Катализатор готовят пропиткой в одну стадию описанным в Примере 1 способом. Для этого 5,0 г Fe2(SO4)3·9H2O (в пересчете на металлический Fe это количество составляет 10% от массы носителя) и 2,48 г Ni(NO3)2·6H2O (в пересчете на металлический Ni это количество составляет 5% от массы носителя) растворяют в 15-20 мл этанола. Компонентный состав катализатора, полученный описанным способом: Fe - 8,7 мас. %, Ni - 4,3 мас. %, NiAl - 87 мас. %, что составляет отношение носителя к каталитически активному компоненту 6,7:1.
Пример 6
Нанодисперсный порошок никелида алюминия перед нанесением катализатора прокаливают на воздухе при 350°C в течение 1 ч. Катализатор готовят пропиткой в две стадии описанным в Примере 4 способом. Для пропитки на первой и второй стадии 5,0 г Fe2(SO4)3·9H2O (в пересчете на металлический Fe это количество составляет 10% от массы носителя) и 1,24 г Ni(NO3)2·6H2O (в пересчете на металлический Ni это количество составляет 2,5% от массы носителя) растворяют в 15-20 мл этанола. Компонентный состав катализатора, полученный описанным способом: Fe - 16 мас. %, Ni - 4 мас. %, NiAl - 80 мас. %, то есть соотношение носителя и каталитически активного компонента составляет 4:1.
Пример 7
Нанодисперсный порошок никелида алюминия перед нанесением катализатора прокаливают на воздухе при 400°C в течение 1 ч. Катализатор готовят пропиткой в одну стадию описанным в Примере 1 способом. Для этого 5,0 г Fe2(SO4)3·9H2O (в пересчете на металлический Fe это количество составляет 10% от массы носителя) и 0,5 г Co(NO3)2·6H2O (в пересчете на металлический Со это количество составляет 1% от массы носителя) растворяют в 15-20 мл этанола. Компонентный состав катализатора, полученный описанным способом: Fe - 9 мас. %, Со - 0,9 мас. %, NiAl - 90,1 мас. % и составляет соотношение носителя и каталитически активного компонента 9:1.
Пример 8
Нанодисперсный порошок никелида алюминия перед нанесением катализатора прокаливают на воздухе при 400°C в течение 1 ч. Катализатор готовят пропиткой в две стадии описанным в Примере 4 способом. Для пропитки на первой и второй стадии 5,0 г Fe2(SO4)3·9H2O (в пересчете на металлический Fe это количество составляет 10% от массы носителя) и 0,37 г (NH4)6Mo7O24·4H2O (в пересчете на металлический Мо это количество составляет 0,2% от массы носителя) растворяют в 15-20 мл дистиллированной воды. Компонентный состав катализатора, полученный описанным способом: Fe - 16,1 мас. %, Мо - 3,2 мас. %, NiAl - 80,7 мас. %, что составляет отношение носителя к каталитическому компоненту 4:1.
Пример 9
Осуществляют продувку реактора в токе водорода с объемной скоростью 50 мл/мин в течение 15 минут. После продувки температуру реакционной зоны в токе несущего газа повышают до 550°C со скоростью 10°C в минуту. Включают подачу бензола и смешивают его с несущим газом - водородом. Расход бензола составляет 0,5 мл/мин. В нагретый до 550°C бензол в несущем газе вводят распылением катализатор, предварительно нагретый до 1300°C. Синтез проводят в потоке и на выходе из ректора, полученные волокна отделяют от несущего газа. Готовый продукт синтеза представляет собой нановолокна, сформированные на частицах катализатора, диаметром 5-10 нм и длиной 2-3 мкм с содержанием 99,5%.
Примеры 10-16 аналогичны примеру 9, но с другими параметрами в пределах заявленных интервалов. В таблице представлены параметры примеров 10-16 и полученные результаты.
Таким образом, использование группы изобретений, раскрытых в Примерах 1-16, позволяет получать углеродные наноструктуры высокой одномерности диаметром 5-20 нм и длиной до нескольких мкм. Изобретение может использоваться при создании конструкционных и функциональных композиционных материалов, адсорбентов, катализаторов, материалов для хранения газов.
Claims (3)
1. Способ получения коротких углеродных нановолокон, включающий синтез нановолокон при температуре пиролиза в процессе каталитического разложения углеродсодержащего газа, в качестве которого используют парогазовую смесь водорода, ароматических соединений, предельных и/или непредельных углеводородов на катализаторе, содержащем в качестве каталитически активного металла железо, кобальт, никель, молибден или их смеси, модифицированном монохроматическим электромагнитным излучением, отличающийся тем, что катализатор имеет вид нанодисперсного порошка из никелида алюминия, покрытого каталитически активным металлом, катализатор предварительно нагревают до температуры 1100-1300°C и распыляют в нагретой до температуры 500-600°C парогазовой смеси.
2. Способ приготовления катализатора для получения коротких углеродных нановолокон, включающий пропитку алюмосодержащего носителя солями каталитически активных металлов: кобальта, железа, никеля, молибдена или их смесями, последующие сушку, прокаливание и модифицирование монохроматическим электромагнитным излучением, отличающийся тем, что алюмосодержащий носитель выполняют из никелида алюминия, а модифицирование катализатора осуществляют в импульсном режиме с частотой 10-30 Гц при удельной мощности излучения 1,1-1,8 кВт/мм2.
3. Катализатор для получения коротких углеродных нановолокон, отличающийся тем, что он получен способом по п. 2 и представляет собой нанодисперсный порошок никелида алюминия, покрытого каталитически активным металлом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014125868/05A RU2566781C1 (ru) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Способ получения коротких углеродных нановолокон, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014125868/05A RU2566781C1 (ru) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Способ получения коротких углеродных нановолокон, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2566781C1 true RU2566781C1 (ru) | 2015-10-27 |
Family
ID=54362394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014125868/05A RU2566781C1 (ru) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | Способ получения коротких углеродных нановолокон, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2566781C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2146648C1 (ru) * | 1998-11-30 | 2000-03-20 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Способ получения углеродных нанотрубок |
| RU2317943C2 (ru) * | 2005-12-20 | 2008-02-27 | ОАО "Томскгазпром" | Способ получения углерода и водорода из углеводородного газа и устройство для его осуществления |
| RU2326732C1 (ru) * | 2006-12-27 | 2008-06-20 | ООО "Объединенный центр исследований и разработок" | Катализатор для синтеза фишера-тропша и способ его получения |
| RU2414420C1 (ru) * | 2009-07-09 | 2011-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенный центр исследований и разработок" | Способ получения углеродных наноструктур, катализатор для его осуществления и способ получения катализатора |
-
2014
- 2014-06-26 RU RU2014125868/05A patent/RU2566781C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2146648C1 (ru) * | 1998-11-30 | 2000-03-20 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Способ получения углеродных нанотрубок |
| RU2317943C2 (ru) * | 2005-12-20 | 2008-02-27 | ОАО "Томскгазпром" | Способ получения углерода и водорода из углеводородного газа и устройство для его осуществления |
| RU2326732C1 (ru) * | 2006-12-27 | 2008-06-20 | ООО "Объединенный центр исследований и разработок" | Катализатор для синтеза фишера-тропша и способ его получения |
| RU2414420C1 (ru) * | 2009-07-09 | 2011-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенный центр исследований и разработок" | Способ получения углеродных наноструктур, катализатор для его осуществления и способ получения катализатора |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МИЩЕНКО С.В., ТКАЧЁВ А.Г., Углеродные наноматериалы. Производство и применение, Москва, Машиностроение, 2008, с. 117. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pudukudy et al. | Methane decomposition over Ni, Co and Fe based monometallic catalysts supported on sol gel derived SiO2 microflakes | |
| Mai et al. | Molybdenum carbide nanoparticles within carbon nanotubes as superior catalysts for γ-valerolactone production via levulinic acid hydrogenation | |
| CN104258897B (zh) | 核壳型分子筛包覆催化剂及其制备方法 | |
| EP2025643A1 (en) | Single-walled carbon nanotube, carbon fiber aggregate containing the single-walled carbon nanotube, and method for production of the single-walled carbon nanotube or the carbon fiber aggregate | |
| JP6872627B2 (ja) | 連続式工程を利用した多重壁カーボンナノチューブの製造方法 | |
| JP2015502903A (ja) | カーボンナノチューブ及びその製造方法 | |
| US20210322960A1 (en) | Supported transistion metal carbide catalyst and one-step synthesis method theefore | |
| Zhang et al. | One-pot solvothermal method to synthesize platinum/W 18 O 49 ultrafine nanowires and their catalytic performance | |
| EP3072586B1 (en) | Bismuth molybdate-based catalyst having zeolite coating layer, method for producing same, and method for preparing 1,3-butadiene using same | |
| JP2006522000A (ja) | 液相の炭素源からカーボンナノチューブを製造する方法 | |
| Hao et al. | Polyurea-supported metal nanocatalysts: Synthesis, characterization and application in selective hydrogenation of o-chloronitrobenzene | |
| RU2566781C1 (ru) | Способ получения коротких углеродных нановолокон, катализатор для его осуществления и способ приготовления катализатора | |
| Martis et al. | Selective decoration of nickel and nickel oxide nanocrystals on multiwalled carbon nanotubes | |
| Mansoor et al. | Optimization of ethanol flow rate for improved catalytic activity of Ni particles to synthesize MWCNTs using a CVD reactor | |
| RU2516548C2 (ru) | Способ получения углерод-металлического материала каталитическим пиролизом этанола | |
| US12239962B2 (en) | Catalyst for MWCNT production | |
| RU2414420C1 (ru) | Способ получения углеродных наноструктур, катализатор для его осуществления и способ получения катализатора | |
| JP6569101B2 (ja) | カーボンナノファイバーの製造方法 | |
| KR101790845B1 (ko) | 일 방향으로 배향되며 길이조절이 가능한 탄소나노튜브 제조방법 | |
| Tsu et al. | Hydrogenation of p-chloronitrobenzene on Au nano-clusters: Effects of support | |
| JP2020518433A (ja) | 水素化プロセスのための金属粉末状触媒 | |
| JP2018016521A (ja) | 単層カーボンナノチューブ含有組成物の製造方法 | |
| Pentsak et al. | " Pure" method for depositing platinum nanoparticles onto the carbon material from a Pt 2 dba 3 solution | |
| JP2003112050A (ja) | 炭化水素の分解による接触的カーボンナノファイバーの製造方法及びその触媒 | |
| RU2389550C1 (ru) | Способ получения нанесенного катализатора и способ получения углеродных нанотруб |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20170425 |