RU2658036C1 - Method for obtaining nanostructured carbon - Google Patents
Method for obtaining nanostructured carbon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658036C1 RU2658036C1 RU2017116198A RU2017116198A RU2658036C1 RU 2658036 C1 RU2658036 C1 RU 2658036C1 RU 2017116198 A RU2017116198 A RU 2017116198A RU 2017116198 A RU2017116198 A RU 2017116198A RU 2658036 C1 RU2658036 C1 RU 2658036C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- hours
- zinc
- temperature
- acid
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 35
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 27
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 11
- -1 sensors Substances 0.000 claims abstract description 11
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 10
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 8
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- BPKGOZPBGXJDEP-UHFFFAOYSA-N [C].[Zn] Chemical compound [C].[Zn] BPKGOZPBGXJDEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical group [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 9
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 4
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GIMXAEZBXRIECN-UHFFFAOYSA-J 2-hydroxyacetate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].OCC([O-])=O.OCC([O-])=O.OCC([O-])=O.OCC([O-])=O GIMXAEZBXRIECN-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- MCOGTQGPHPAUJN-UHFFFAOYSA-L zinc;2-hydroxyacetate Chemical compound [Zn+2].OCC([O-])=O.OCC([O-])=O MCOGTQGPHPAUJN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- AGFGXVAAIXIOFZ-UHFFFAOYSA-L zinc;butanedioate Chemical compound [Zn+2].[O-]C(=O)CCC([O-])=O AGFGXVAAIXIOFZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- FDTXLUHWYAHHMQ-UHFFFAOYSA-L C(CO)(=O)[O-].C(=O)[O-].[Zn+2] Chemical compound C(CO)(=O)[O-].C(=O)[O-].[Zn+2] FDTXLUHWYAHHMQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M Formate Chemical compound [O-]C=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-M Glycolate Chemical compound OCC([O-])=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical class [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- FMRLDPWIRHBCCC-UHFFFAOYSA-L Zinc carbonate Chemical compound [Zn+2].[O-]C([O-])=O FMRLDPWIRHBCCC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- OBOXTJCIIVUZEN-UHFFFAOYSA-N [C].[O] Chemical compound [C].[O] OBOXTJCIIVUZEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000006136 alcoholysis reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021386 carbon form Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000001734 carboxylic acid salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 229940095064 tartrate Drugs 0.000 description 1
- 238000005287 template synthesis Methods 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 235000004416 zinc carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011667 zinc carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000010 zinc carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- SRWMQSFFRFWREA-UHFFFAOYSA-M zinc formate Chemical compound [Zn+2].[O-]C=O SRWMQSFFRFWREA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VRGNUPCISFMPEM-ZVGUSBNCSA-L zinc;(2r,3r)-2,3-dihydroxybutanedioate Chemical compound [Zn+2].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O VRGNUPCISFMPEM-ZVGUSBNCSA-L 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0095—Manufacture or treatments or nanostructures not provided for in groups B82B3/0009 - B82B3/009
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии, более конкретно к способам получения углеродного материала, который может быть использован в качестве сорбентов, носителей для катализаторов, катализаторов, сенсоров, газовых накопителей, а также при изготовлении различных конструкционных, футеровочных, оптических материалов и электродов для высокоемких источников тока, энергетических преобразователей. Кроме того, для функционального материала часто требуются дополнительные структурно-морфологические особенности: кристаллический или аморфный характер структуры частиц, специальная форма частиц в виде сфер, гранул, стержней, трубок и др., их линейные размеры, то есть микро- или наноуровень. Так углеродные нанотрубки и наносферы являются перспективными для практического использования, включая наномасштабные электронные устройства, высокопрочные материалы, электронную эмиссию, наконечники для сканирующей микроскопии, хранения газов. Этими качествами не обладает углерод в высокодисперсном состоянии, который благодаря развитой поверхности широко используется в качестве сорбента.The invention relates to chemical technology, and more particularly to methods for producing carbon material, which can be used as sorbents, carriers for catalysts, catalysts, sensors, gas storage devices, as well as in the manufacture of various structural, lining, optical materials and electrodes for high-capacity current sources energy converters. In addition, additional structural and morphological features often are required for a functional material: the crystalline or amorphous nature of the particle structure, the special shape of the particles in the form of spheres, granules, rods, tubes, etc., their linear dimensions, that is, micro or nanoscale. So carbon nanotubes and nanospheres are promising for practical use, including nanoscale electronic devices, high-strength materials, electron emission, tips for scanning microscopy, gas storage. These qualities are not possessed by carbon in a finely divided state, which, due to its developed surface, is widely used as a sorbent.
Известен способ получения наноструктурированного углеродного материала из лигноцеллюлозного материала с зольностью 8-20%, в качестве которого используют рисовую шелуху, солому пшеницы, шелуху овса. Способ включает карбонизацию при 400-800°С при мольном отношении кислорода воздуха к углероду лигноцеллюлозного материала, равном 0,8-3,0, в течение 1-60 сек в кипящем слое катализатора или инертного носителя, последующую щелочную активацию в присутствии карбонатов и/или гидроксидов натрия или калия при 600-1000°С в инертной или восстановительной атмосфере и отмывку продукта раствором кислоты (патент RU 2311227, МПК B01J 20/20, 2007 год). Известный способ обеспечивает возможность получения конечного продукта только в нанодисперсном состоянии и, как следствие, с высокой удельной поверхностью (2000-3000 м2/г).A known method of producing a nanostructured carbon material from lignocellulosic material with an ash content of 8-20%, which is used as rice husk, wheat straw, oat husk. The method includes carbonization at 400-800 ° C with a molar ratio of air oxygen to carbon of lignocellulosic material equal to 0.8-3.0 for 1-60 seconds in a fluidized bed of catalyst or inert carrier, subsequent alkaline activation in the presence of carbonates and / or sodium or potassium hydroxides at 600-1000 ° C in an inert or reducing atmosphere and washing the product with an acid solution (patent RU 2311227, IPC B01J 20/20, 2007). The known method provides the ability to obtain the final product only in the nanodispersed state and, as a result, with a high specific surface area (2000-3000 m 2 / g).
Однако недостатком известного способа получения углерода из органического сырья наряду со сложностью процесса является невозможность получать углерод в виде компактных объемных наноструктур: наносфер, нановолокон, нанотрубок.However, a disadvantage of the known method for producing carbon from organic raw materials along with the complexity of the process is the inability to obtain carbon in the form of compact bulk nanostructures: nanospheres, nanofibers, nanotubes.
Известен способ получения углеродных микросфер с размером частиц 2-3 мкм, основанный на термобарической обработке растворов, приготовленных из аналитически чистых реактивов: безводного FeCl3, I2 и этанола. Образовавшийся в результате обработки прозрачный раствор выдерживают в тефлоновом автоклаве в течение 12 ч и охлаждают до комнатной температуры. Образовавшийся черный порошок обрабатывают циклами повторного диспергирования с абсолютным этанолом и центрифугирования, а затем промывают соляной кислотой до 5 раз и сушат на воздухе в течение 12 ч (S. Lian, Н. Ming, Н. Huang, Z. Kang, Y. Liu, Carbon microspheres from ethanol at low temperature: Fabrication, characterization and their use a san electro catalyst support form ethanol oxidation // Materials Research Bulletin 47 (2012) 3336-3343).A known method of producing carbon microspheres with a particle size of 2-3 microns, based on thermobaric treatment of solutions prepared from analytically pure reagents: anhydrous FeCl 3 , I 2 and ethanol. The clear solution resulting from the treatment is kept in a Teflon autoclave for 12 hours and cooled to room temperature. The resulting black powder is treated with re-dispersion cycles with absolute ethanol and centrifugation, and then washed with hydrochloric acid up to 5 times and air-dried for 12 hours (S. Lian, N. Ming, N. Huang, Z. Kang, Y. Liu, Carbon microspheres from ethanol at low temperature: Fabrication, characterization and their use a san electro catalyst support form ethanol oxidation // Materials Research Bulletin 47 (2012) 3336-3343).
Недостатком известного способа является сложность процесса получения, которая обусловлена: необходимостью удаления из раствора частиц Fe2O3, образующихся вследствие алкоголиза FeCl3 в этаноле; длительной выдержкой раствора в автоклаве; обработка продукта путем повторного диспергирования с абсолютным этанолом и центрифугирования; многократной кислотной промывкой для удаления побочных продуктов.The disadvantage of this method is the complexity of the production process, which is due to: the need to remove from a solution of particles of Fe 2 O 3 formed due to alcoholysis of FeCl 3 in ethanol; long exposure of the solution in an autoclave; processing the product by re-dispersion with absolute ethanol and centrifugation; repeated acid washing to remove by-products.
Известен способ получения углеродных наноструктур, обеспечивающий получение полых сфер диаметром 100-200 нм и нанотрубок диаметром 100 нм и длиной около 1 мкм, реакцией восстановительного катализа путем смешивания порошка магния и метанола в условиях ультразвукового воздействия в течение 30 мин и помещения в автоклав из нержавеющей стали, который герметизируют и выдерживают при 500-850°С в течение 12 часов, а затем охлаждают до комнатной температуры. Полученный продукт выдерживают в водном растворе соляной кислоты сначала при 65°С в течение 2 ч и затем в течение 2 дней при комнатной температуре. После трехкратной промывки образцов метанолом и дистиллированной водой их сушат в вакуумной печи при 50°С в течение 10 часов (J.M. Du, D.J. Kang, Synthesis of carbon nanostructures with unique morphologies via are duction-catalysis reaction route // Materials Research Bulletin 41 (2006) 1785-1790).A known method for producing carbon nanostructures, providing hollow spheres with a diameter of 100-200 nm and nanotubes with a diameter of 100 nm and a length of about 1 μm, the reaction of reductive catalysis by mixing powder of magnesium and methanol under ultrasonic treatment for 30 minutes and placed in a stainless steel autoclave which is sealed and kept at 500-850 ° C for 12 hours, and then cooled to room temperature. The resulting product was kept in an aqueous solution of hydrochloric acid, first at 65 ° C for 2 hours and then for 2 days at room temperature. After washing the samples three times with methanol and distilled water, they were dried in a vacuum oven at 50 ° C for 10 hours (JM Du, DJ Kang, Synthesis of carbon nanostructures with unique morphologies via are duction-catalysis reaction route // Materials Research Bulletin 41 (2006 ) 1785-1790).
Недостатками известного способа являются: использование токсичного метанола; необходимость длительной промывки продукта сначала кислотой, а затем метанолом; использование специального оборудования для осуществления ультразвукового воздействия и термобарической обработки.The disadvantages of this method are: the use of toxic methanol; the need for a long washing of the product first with acid, and then with methanol; the use of special equipment for ultrasonic exposure and thermobaric treatment.
Известен способ получения нановолокон углерода, включающий следующие этапы: предварительно синтезированные путем физического осаждения из паровой фазы нановолокна оксида цинка выдерживают в парах этанола при 500-700°С до образования на них слоя углерода, толщину которого задают путем регулирования времени осаждения и температуры, затем нановолокна оксида цинка с углеродным покрытием выдерживают в токе газовой смеси, содержащей 5% Н2 (с N2 или Ar в качестве газа-носителя), при температуре 850°С в течение 3 ч, что обеспечивает полноту удаления ZnO (Yian Song, Jiake Weiand Jingyue Liu, Template Synthesis of Hollow Carbon Nanofibers // Microsc. Microanal. 21 2015. 989-990).A known method of producing carbon nanofibers, comprising the following steps: pre-synthesized by physical vapor deposition of zinc oxide nanofibers is kept in ethanol vapor at 500-700 ° C until a carbon layer forms on them, the thickness of which is set by adjusting the deposition time and temperature, then the nanofibers carbon-coated zinc oxide is held in a stream of a gas mixture containing 5% H 2 (with N 2 or Ar as a carrier gas) at a temperature of 850 ° C for 3 hours, which ensures complete removal of ZnO (Yian Song, Jiake Weiand Jingyue Liu, Template Synthesis of Hollow Carbon Nanofibers // Microsc. Microanal. 21 2015. 989-990).
К недостаткам известного способа относятся сложность и вредные условия технологического процесса, обусловленные необходимостью синтеза нановолокон оксида цинка с использования специального оборудования и использование отжига в атмосфере водорода.The disadvantages of this method include the complexity and harmful conditions of the process, due to the need for the synthesis of nanofibers of zinc oxide using special equipment and the use of annealing in a hydrogen atmosphere.
Известен способ получения углеродных графитоподобных наносфер, в основу которого положен процесс высокотемпературного взаимодействия порошкообразного магния с глюкозой, гомогенизированную смесь которых помещают в автоклав, нагревают до 550°С и выдерживают при этой температуре в течение 5 часов, затем автоклав охлаждают до температуры окружающей среды. Продукт, представляющий собой смесь черного и белого порошков, тщательно промывают разбавленной соляной кислотой и деионизированной водой, после чего высушивают при 50°С в течение 12 ч (J. Feng, F. Li, Y.J. Bai, F.D. Han, Y.X. Qi, N. Lun, X.F. Lu, Large-scale preparation of hollow graphitic carbon nanospheres // Materials Chemistry and Physics 137 (2013) 904-909).A known method of producing carbon graphite-like nanospheres, which is based on the process of high-temperature interaction of powdered magnesium with glucose, a homogenized mixture of which is placed in an autoclave, heated to 550 ° C and maintained at this temperature for 5 hours, then the autoclave is cooled to ambient temperature. The product, which is a mixture of black and white powders, is thoroughly washed with dilute hydrochloric acid and deionized water, and then dried at 50 ° C for 12 hours (J. Feng, F. Li, YJ Bai, FD Han, YX Qi, N. Lun, XF Lu, Large-scale preparation of hollow graphitic carbon nanospheres // Materials Chemistry and Physics 137 (2013) 904-909).
Недостатком известного способа является сложность процесса получения, обусловленная необходимостью тщательной гомогенизации смеси порошка магния и глюкозы и высокотемпературной многочасовой выдержкой в автоклаве при высоких температуре и давлении.The disadvantage of this method is the complexity of the production process, due to the need for thorough homogenization of the mixture of magnesium powder and glucose and high-temperature exposure for many hours in an autoclave at high temperature and pressure.
Наиболее близким к заявляемому способу является темплатный способ получения наноструктурированного пористого углерода, основанный на использовании оксида цинка с заданной морфологией агрегатов в качестве темплата (шаблона), в котором диспергируют предварительно синтезированный по специальной методике оксид цинка в тетрагидрофуране (ТГФ) при энергичном перемешивании, затем канифоль растворяют в ТГФ при ультразвуком воздействии в течение часа и приготовленный таким путем раствор постепенно добавляют к дисперсии оксида цинка в ТГФ и перемешивают в течение 5 ч. Смесь выпаривают при 60°С для удаления растворителя и нагревают в атмосфере N2 при 800°С в течение 3 ч, затем продукт подвергают кислотной обработке. Для получения активированного углерода синтезированный образец дополнительно нагревают в токе СО2 до 900°С со скоростью 1°С/мин и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч (N. Moreno, A. Caballero, J. Morales, M. Agostini, J. Hassoun, Lithium battery using sulfurin filtrate din three-dimensional flower like hierarchical porous carbon electrode // Materials Chemistry and Physics 180 (2016) 82-88)(прототип).Closest to the claimed method is a template method for producing nanostructured porous carbon, based on the use of zinc oxide with a given aggregate morphology as a template (template), in which zinc oxide previously synthesized by a special technique is dispersed in tetrahydrofuran (THF) with vigorous stirring, then rosin dissolved in THF under ultrasound for an hour and the solution prepared in this way is gradually added to the dispersion of zinc oxide in THF and eremeshivayut for 5 hours. The mixture was evaporated at 60 ° C to remove the solvent and heated in an atmosphere of N 2 at 800 ° C for 3 hours, then the product is subjected to acid treatment. To obtain activated carbon, the synthesized sample is additionally heated in a stream of СО 2 to 900 ° С at a rate of 1 ° С / min and kept at this temperature for 3 h (N. Moreno, A. Caballero, J. Morales, M. Agostini, J Hassoun, Lithium battery using sulfurin filtrate din three-dimensional flower like hierarchical porous carbon electrode // Materials Chemistry and Physics 180 (2016) 82-88) (prototype).
Недостатком известного способа является сложность процесса получения, обусловленная необходимостью использовать специальную методику получения темплата, дополнительного оборудования для ультразвуковой обработки, использование токсичного органического растворителя, длительное использование высокой температуры при термообработке продукта в атмосфере азота. Кроме того, известный способ позволяет получать только цветкоподобные наноструктуры с размером частиц около 3 мкм.The disadvantage of this method is the complexity of the production process, due to the need to use a special technique for obtaining the template, additional equipment for ultrasonic treatment, the use of toxic organic solvent, prolonged use of high temperature during heat treatment of the product in a nitrogen atmosphere. In addition, the known method allows to obtain only flower-like nanostructures with a particle size of about 3 microns.
Таким образом, с учетом выявленных недостатков, перед авторами стояла задача разработать простой, легко осуществимый и надежный способ получения наноструктурированного углерода, сочетающий возможность реализации в продукте различной морфологии агрегатов с достаточно высокой удельной площадью поверхности, то есть возможность получения углерода с различной формой частиц.Thus, taking into account the identified shortcomings, the authors were faced with the task of developing a simple, easily feasible and reliable method for producing nanostructured carbon, combining the possibility of implementing aggregates with different morphology with a sufficiently high specific surface area, that is, the possibility of producing carbon with various particle shapes.
Поставленная задача была решена в предлагаемом способе получения наноструктурированного углерода, включающем термообработку органического кислородного углеродсодержащего соединения металла в инертной атмосфере с последующей кислотной обработкой полученного продукта и фильрованием, в котором в качестве органического кислородного углеродсодержащего соединения металла используют соль карбоновой кислоты цинка или алкоксид цинка или титана и термообработку осуществляют при температуре 450-500°С в течение 1,0-1,5 часов с последующей обработкой 10%-ной муравьиной кислотой или смесью концентрированных плавиковой и азотной кислот в соотношении 40:1, соответственно, при температуре 60-65°С и выдержкой в течение 3-5 часов, отделением полученного осадка вакуумным фильтрованием, промыванием дистиллированной водой и сушкой при температуре 100-110°С в течение 1,0-1,5 часов.The problem was solved in the proposed method for producing nanostructured carbon, which includes heat treatment of an organic oxygen carbon-containing metal compound in an inert atmosphere, followed by acid treatment of the resulting product and filtering, in which a zinc carbonate or zinc or titanium alkoxide and heat treatment is carried out at a temperature of 450-500 ° C for 1.0-1.5 hours, followed by 10% formic acid or a mixture of concentrated hydrofluoric and nitric acids in a ratio of 40: 1, respectively, at a temperature of 60-65 ° C and holding for 3-5 hours, separation of the precipitate obtained by vacuum filtration, washing with distilled water and drying at a temperature of 100-110 ° C for 1.0-1.5 hours.
В настоящее время не известен способ получения наноструктурированного углерода, позволяющий одновременно получать материалы с высокими значениями удельной площади поверхности и заданной морфологией агрегатов, в предлагаемых авторами условиях с использованием предлагаемых исходных материалов.Currently, there is no known method for producing nanostructured carbon, which allows to simultaneously obtain materials with high values of specific surface area and specified morphology of aggregates, under the conditions proposed by the authors using the proposed starting materials.
Авторами предлагаемого технического решения проведены исследования в области нового способа синтеза наноструктурированного углерода с использованием получения промежуточного нанокомпозита на основе оксида металла и углерода состава MxOy:nC, где М - цинк или титан, с различной морфологией частиц (сферы, пластины, стержни, волокна и др.), в котором реализован специфический эффект наследования углеродным продуктом морфологии исходного продукта - исходного соединения металла, включающего анионы органического происхождения.The authors of the proposed technical solution conducted research in the field of a new method for the synthesis of nanostructured carbon using an intermediate nanocomposite based on metal oxide and carbon of the composition M x O y : nC, where M is zinc or titanium, with different particle morphology (spheres, plates, rods, fibers, etc.), in which the specific effect of the carbon product inheritance of the morphology of the initial product - the initial metal compound, including anions of organic origin, is realized.
Основным отличием предлагаемого способа является использование в качестве прекурсора индивидуальных химически однородных соединений - комплексов цинка или титана с органическим лигандом (соли карбоновых кислот или алкоксиды), кристаллы которых исходно имеют форму сфер, пластин, октаэдров или волокон. Способ позволяет исключить стадию синтеза темплата - оксида металла с заданной формой частиц - на который впоследствии наносятся слои углеродного материала. Так, путем термолиза соли карбоновой кислоты, например формиатогликолята цинка состава Zn(HCOO)(OCH2CH2O)1/2 (форма кристаллов игольчатая или волокнистая) и гликолята цинка состава Zn(OCH2CH2O) (форма кристаллов октаэдрическая) в атмосфере гелия получены композиты ZnO:nC с протяженной или октаэдрической формой агрегатов. В результате термолиза гликолята титана Ti(OCH2CH2O)2 (форма кристаллов волокнистая, сферическая) синтезированы композиты состава TiO2:nC, форма агрегатов которых копирует форму кристаллов прекурсора, образуя сферы и вискеры. Аналогичное превращение характерно для ряда солей карбоновых кислот цинка и алкоксидов цинка или титана. Опытным путем установлена возможность удаления оксидной составляющей из МхОу:nC путем его обработки кислотами и выделению углеродной фракции. На основании проведенных исследований авторами разработан способ получения наноструктурированных углеродных материалов с различной морфологией агрегатов и достаточно высокими значениями удельной площади поверхности, который может быть суммирован в виде следующей схемы: прекурсор → термообработка в инертной газовой среде → получение нанокомпозита состава MxCy:nC → обработка кислотой с целью удаления MxOy, и выделения углерода в виде индивидуальной фазы → промывка продукта дистиллированной водой → сушка продукта на воздухе.The main difference of the proposed method is the use of individual chemically homogeneous compounds as complexes of zinc or titanium with an organic ligand (carboxylic acid salts or alkoxides), the crystals of which are initially in the form of spheres, plates, octahedra or fibers. The method allows to exclude the stage of synthesis of the template - metal oxide with a given particle shape - on which layers of carbon material are subsequently applied. Thus, by thermolysis of a salt of a carboxylic acid, for example, zinc formate glycolate of the composition Zn (HCOO) (OCH 2 CH 2 O) 1/2 (the shape of crystals is needle or fibrous) and zinc glycolate of the composition Zn (OCH 2 CH 2 O) (the form of crystals is octahedral) ZnO: nC composites with extended or octahedral aggregates were obtained in a helium atmosphere. As a result of thermolysis of titanium glycolate Ti (OCH 2 CH 2 O) 2 (fibrous, spherical crystal form), TiO 2 : nC composites were synthesized, the aggregate form of which copies the shape of the precursor crystals, forming spheres and whiskers. A similar transformation is characteristic of a number of salts of zinc carboxylic acids and zinc or titanium alkoxides. It has been experimentally established that it is possible to remove the oxide component from M x O y : nC by treating it with acids and emitting a carbon fraction. Based on the studies, the authors developed a method for producing nanostructured carbon materials with different aggregate morphology and sufficiently high values of specific surface area, which can be summarized as the following scheme: precursor → heat treatment in an inert gas medium → obtaining a nanocomposite of the composition M x C y : nC → acid treatment to remove the M x O y, and the emission of carbon in the form of individual phase distilled water → rinsing → drying the product on air product.
Предлагаемый способ получения наноструктурированного углерода может быть осуществлен следующим образом. В качестве исходных реагентов берут соль одной из карбоновых кислот цинка или алкоксид цинка или титана, которые нагревают в трубчатой печи в инертной атмосфере при 450-500°С в течение 1-1,5 ч. Затем печь охлаждают до комнатной температуры, образовавшиеся порошки черного цвета переносят в раствор 10%-ной муравьиной кислоты или в смесь концентрированных плавиковой и азотной кислот в соотношении 40:1 и выдерживают при температуре 60-65°С в течение 3-5 часов. После выдержки в растворе кислоты твердый остаток отделяют от раствора вакуумной фильтрацией, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100-110°С в течение 1,0-1,5 часа. Получают углеродный материал в виде порошка черного цвета. Морфологию агрегатов порошка углерода, полученного из различных прекурсоров, контролируют методом СЭМ.The proposed method for producing nanostructured carbon can be carried out as follows. The starting reagents are the salt of one of the zinc carboxylic acids or zinc or titanium alkoxide, which is heated in a tube furnace in an inert atmosphere at 450-500 ° C for 1-1.5 hours. Then the furnace is cooled to room temperature, the resulting black powders the colors are transferred to a solution of 10% formic acid or to a mixture of concentrated hydrofluoric and nitric acids in a ratio of 40: 1 and kept at a temperature of 60-65 ° C for 3-5 hours. After exposure to an acid solution, the solid residue is separated from the solution by vacuum filtration, washed with distilled water and dried at a temperature of 100-110 ° C for 1.0-1.5 hours. The carbon material is obtained in the form of a black powder. The morphology of aggregates of carbon powder obtained from various precursors is controlled by SEM.
Характерные изображения полученных предлагаемым способом форм наноструктурированного углерода представлены на фиг. 1, 2.Representative images of nanostructured carbon forms obtained by the proposed method are shown in FIG. 12.
Состав, морфологию и размеры полученных по предлагаемому способу углеродных продуктов анализировали методами СЭМ, рентгенофазового анализа, термогравиметриии, КР-спектроскопии, элементного анализа. Фазовый анализ конечных продуктов осуществляли с помощью рентгеновского автодифрактометра STADI-P(STOE, Germany) в CuKα1-излучении. Термогравиметрический анализ проводили на термоанализаторе Setaram Setsys Evolution при нагревании в воздушной среде со скоростью 10°/мин. КР спектры получали при комнатной температуре на спектрометре RENISHAW-1000 (λ=633 nm, Р=25 mW). Размер и форму частиц определяли методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) на приборе JSM JEOL 6390LA. Элементный анализ, включая содержание углерода, проводили с помощью экспресс-анализатора «Метавак-CS-10» по количеству выделившегося диоксида углерода при сжигании образца в токе кислорода, а также методом энерго-дисперсионного анализа на приставке в СЭМ. Удельную площадь поверхности образцов вычисляли из изотерм адсорбции в модели Брунауэра-Эммета-Теллера (метод БЭТ). Пористость объектов характеризовали по модели Баррета-Джойнера-Халенды (метод БДХ), используя изотермы десорбции аргона, полученные с помощью микрокристаллического анализатора Gemini VII 2390.The composition, morphology and size of the carbon products obtained by the proposed method were analyzed by SEM, X-ray diffraction, thermogravimetry, Raman spectroscopy, and elemental analysis. The phase analysis of the final products was carried out using a STADI-P X-ray autodiffractometer (STOE, Germany) in CuKα1 radiation. Thermogravimetric analysis was performed on a Setaram Setsys Evolution thermal analyzer when heated in air at a speed of 10 ° / min. Raman spectra were obtained at room temperature on a RENISHAW-1000 spectrometer (λ = 633 nm, P = 25 mW). The particle size and shape were determined by scanning electron microscopy (SEM) on a JSM JEOL 6390LA instrument. Elemental analysis, including carbon content, was carried out using a Metavak-CS-10 express analyzer according to the amount of carbon dioxide released by burning a sample in an oxygen stream, as well as by energy-dispersive analysis on an SEM attachment. The specific surface area of the samples was calculated from the adsorption isotherms in the Brunauer-Emmett-Teller model (BET method). The porosity of the objects was characterized according to the Barrett-Joyner-Halenda model (BDK method) using argon desorption isotherms obtained using a Gemini VII 2390 microcrystalline analyzer.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения.The proposed method is illustrated by the following examples of specific performance.
Пример 1. Берут 10 г тартрата цинка состава Zn(OO(HCOH)2OO) с пластинчатой формой кристаллов и помещают в трубчатую печь, которую вакуумируют и заполняют гелием. Печь нагревают до 500°С, выдерживают в течение 1 ч и охлаждают до комнатной температуры. Полученный продукт помещают в раствор разбавленной муравьиной кислоты 10% НСООН и выдерживают при 60°С в течение 5 ч. После выдержки в растворе кислоты твердый остаток отделяют от раствора вакуумной фильтрацией (фильтрат представляет собой раствор формиата цинка, который может быть использован для синтеза прекурсоров), промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100°С в течение 1 часа. Получают углеродный материал в виде порошка черного цвета с удельной площадью поверхности 501 м2/г и пластинчатой формой частиц среднего размера 7 нм (СЭМ изображение образца углерода, полученного из тартрата цинка Zn(OO(HCOH)2OO), представлено на фиг. 1А).Example 1. Take 10 g of zinc tartrate composition Zn (OO (HCOH) 2 OO) with a plate-shaped crystals and placed in a tube furnace, which is vacuum and filled with helium. The furnace is heated to 500 ° C, incubated for 1 h and cooled to room temperature. The resulting product is placed in a solution of diluted formic acid with 10% HCOOH and kept at 60 ° C for 5 hours. After exposure to an acid solution, the solid residue is separated from the solution by vacuum filtration (the filtrate is a solution of zinc formate, which can be used for the synthesis of precursors) washed with distilled water and dried at a temperature of 100 ° C for 1 hour. Obtained carbon material in powder form black having a specific surface area of 501 m 2 / g and a plate shape particle average size of 7 nm (SEM carbon sample image obtained from the tartrate Zn Zinc (OO (HCOH) 2 OO), is shown in FIG. 1A )
Пример 2. Берут 10 г сукцината цинка состава Zn(OO(CH2)2OO) со сферической формой кристаллов и подвергают термообработке по примеру 1. Полученный продукт помещают в раствор разбавленной муравьиной кислоты (10% НСООН) и выдерживают при 65°С в течение 3 ч. После выдержки в растворе кислоты твердый остаток отделяют от раствора вакуумной фильтрацией, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100°С в течение 1,5 часа. Получают углеродный материал в виде порошка черного цвета с удельной площадью поверхности 570 м2/г. Углеродные частицы (СЭМ изображение образца углерода, полученного из сукцината цинка состава Zn(OO(CH2)2OO), представлено на фиг. 1В) представляют собой сферы диаметром до 20 мкм, состоящие из тонких пластин.Example 2. Take 10 g of zinc succinate of composition Zn (OO (CH 2 ) 2 OO) with a spherical crystal shape and subjected to heat treatment according to example 1. The resulting product is placed in a solution of diluted formic acid (10% HCOOH) and kept at 65 ° C in within 3 hours. After exposure to an acid solution, the solid residue is separated from the solution by vacuum filtration, washed with distilled water and dried at 100 ° C for 1.5 hours. The carbon material is obtained in the form of a black powder with a specific surface area of 570 m 2 / g. Carbon particles (SEM image of a carbon sample obtained from zinc succinate of the composition Zn (OO (CH 2 ) 2 OO), shown in Fig. 1B) are spheres with a diameter of up to 20 μm, consisting of thin plates.
Пример 3. Берут 10 г формиатогликолята цинка состава Zn(HCOO)(OCH2CH2O)1/2 с трубчатой формой кристаллов и подвергают термообработке при 450°С в течение 1,3 ч, используя в качестве инертного газа аргон. Полученный продукт выдерживают в 10% растворе муравьиной кислоты по примеру 2. После выдержки в растворе кислоты твердый остаток отделяют от раствора вакуумной фильтрацией, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 110°С в течение 1 часа. Получают углеродный материал с трубчатой формой частиц со средним диаметром 200 нм и удельной площадью поверхности 1244 м2/г (СЭМ изображение образца представлено на фиг. 1С).Example 3. Take 10 g of zinc formiate glycolate of composition Zn (HCOO) (OCH 2 CH 2 O) 1/2 with a tubular form of crystals and heat treated at 450 ° C for 1.3 h using argon as an inert gas. The resulting product was kept in a 10% formic acid solution according to Example 2. After exposure to an acid solution, the solid residue was separated from the solution by vacuum filtration, washed with distilled water and dried at 110 ° C for 1 hour. A carbon material with a tubular particle shape with an average diameter of 200 nm and a specific surface area of 1244 m 2 / g is obtained (SEM image of the sample is shown in Fig. 1C).
Пример 4. Берут 10 г гликолята цинка состава Zn(OCH2CH2O) с октаэдрической формой кристаллов и подвергают обработке по примеру 1. Получают углеродный материал в виде порошка черного цвета с удельной площадью поверхности 837 м2/г, с октаэдрической формой частиц и средним размером 20 мкм (СЭМ изображение образца представлено на фиг. 1D).Example 4. Take 10 g of zinc glycolate of composition Zn (OCH 2 CH 2 O) with an octahedral form of crystals and subjected to the processing of example 1. Receive carbon material in the form of a black powder with a specific surface area of 837 m 2 / g, with an octahedral form of particles and an average size of 20 μm (SEM image of the sample is shown in Fig. 1D).
На фиг. 1Е представлено изображение образца, полученного из глицеролата Zn(OCH2OCHCH2OH)).In FIG. 1E is an image of a sample obtained from Zn glycerolate (OCH 2 OCHCH 2 OH)).
Пример 5. Берут 10 г гликолята титана Ti(OCH2CH2O)2 со сферической формой кристаллов и подвергают термообработке по примеру 3. Полученный продукт помещают в платиновую чашку, приливают 40 мл концентрированной HF и 1 мл концентрированной HNO3, нагревают до 60°С в течение 5 ч и упаривают до влажного осадка. К осадку приливают 20 мл дистиллированной воды и повторяют упаривание. Далее осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 100°С в течение 1,5 ч. Получают углеродный материал в виде порошка черного цвета с удельной площадью поверхности 983 м2/г и сферической формой частиц диаметром около 3 мкм (СЭМ изображение образца представлено на фиг. 2А).Example 5. Take 10 g of titanium glycolate Ti (OCH 2 CH 2 O) 2 with a spherical crystal shape and heat treatment according to example 3. The resulting product is placed in a platinum cup, pour 40 ml of concentrated HF and 1 ml of concentrated HNO 3 , heated to 60 ° C for 5 hours and evaporated to a wet cake. 20 ml of distilled water are added to the precipitate and the evaporation is repeated. Next, the precipitate was filtered, washed with distilled water and dried at 100 ° C for 1.5 hours. A carbon material as a black powder with a specific surface area of 983 m 2 / g and spherical shape of about 3 microns particle diameter (SEM image of the sample shown in Fig. 2A).
Пример 6. Берут 10 г гликолята титана Ti(OCH2CH2O)2 с протяженной формой кристаллов и подвергают термообработке по примеру 1. Время термообработки составляет 1,5 ч. Полученный продукт подвергают обработке по примеру 5. Получают углеродный материал с формой частиц в виде прутков со средним диаметром 1,2 нм, длиной до 50 нм и удельной площадью поверхности 766 м2/г (СЭМ изображение образца представлено на фиг. 2В).Example 6. Take 10 g of titanium glycolate Ti (OCH 2 CH 2 O) 2 with an extended form of crystals and subjected to heat treatment according to example 1. The heat treatment time is 1.5 hours. The resulting product is subjected to processing according to example 5. Get a carbon material with a particle shape in the form of rods with an average diameter of 1.2 nm, a length of up to 50 nm and a specific surface area of 766 m 2 / g (SEM image of the sample is shown in Fig. 2B).
Таким образом, авторами предлагается простой и надежный способ получения углеродных наноматериалов с достаточно высокими значениями удельной площади поверхности и оригинальной формой агрегатов (фиг. 1-2). Продукты растворения ZnO используются в дальнейшем для получения прекурсоров - комплексных соединений цинка (возобновляемый ресурс).Thus, the authors propose a simple and reliable method for producing carbon nanomaterials with sufficiently high values of the specific surface area and the original shape of the aggregates (Fig. 1-2). ZnO dissolution products are used in the future to obtain precursors - complex compounds of zinc (renewable resource).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017116198A RU2658036C1 (en) | 2017-05-11 | 2017-05-11 | Method for obtaining nanostructured carbon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017116198A RU2658036C1 (en) | 2017-05-11 | 2017-05-11 | Method for obtaining nanostructured carbon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658036C1 true RU2658036C1 (en) | 2018-06-19 |
Family
ID=62620061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017116198A RU2658036C1 (en) | 2017-05-11 | 2017-05-11 | Method for obtaining nanostructured carbon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658036C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2206394C1 (en) * | 2002-08-26 | 2003-06-20 | Институт угля и углехимии СО РАН | Method of preparing nanostructured carbon material |
| RU2311227C1 (en) * | 2006-02-09 | 2007-11-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Method of production of the nanostructure carbonic material with the high specific surface and microporosity |
| RU2430880C1 (en) * | 2010-02-11 | 2011-10-10 | Андрей Васильевич Краснощеков | Method of producing nanocarbon |
| RU2530124C2 (en) * | 2012-12-25 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук | Carbon material and method for production thereof |
-
2017
- 2017-05-11 RU RU2017116198A patent/RU2658036C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2206394C1 (en) * | 2002-08-26 | 2003-06-20 | Институт угля и углехимии СО РАН | Method of preparing nanostructured carbon material |
| RU2311227C1 (en) * | 2006-02-09 | 2007-11-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Method of production of the nanostructure carbonic material with the high specific surface and microporosity |
| RU2430880C1 (en) * | 2010-02-11 | 2011-10-10 | Андрей Васильевич Краснощеков | Method of producing nanocarbon |
| RU2530124C2 (en) * | 2012-12-25 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук | Carbon material and method for production thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NOELIA MORENO et al. Lithium battery usinng sulfur infiltrated in three-dimensional flower-like hierarchical porous carbon electrode, Mater. Chem and Phys., 2016, v. 180, p. 82-88. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mai et al. | Nano metal‐organic framework‐derived inorganic hybrid nanomaterials: synthetic strategies and applications | |
| Zhu et al. | Self-assembled 3D porous flowerlike α-Fe 2 O 3 hierarchical nanostructures: synthesis, growth mechanism, and their application in photocatalysis | |
| CN107459029B (en) | A kind of nitrogen/metal atom doped hollow polyhedral nano carbon shell material and preparation method | |
| Sinha et al. | Morphological evolution of two-dimensional MnO2 nanosheets and their shape transformation to one-dimensional ultralong MnO2 nanowires for robust catalytic activity | |
| CN103072968B (en) | Carbon nano composite and preparation method thereof | |
| CN100455517C (en) | Preparation method of nanotube titanate | |
| CN108421545A (en) | Manganese dioxide composite material and its preparation method and application | |
| CN101857222A (en) | A method for preparing a large-area, continuous graphene/zinc oxide composite structure | |
| WO2016138385A1 (en) | Two-dimensional nanosheets and methods of making and use thereof | |
| CN108772092B (en) | Ag3PO4/g-C3N4 composite tubular nano powder and preparation method thereof | |
| CN103785859A (en) | Method for manufacturing nanometer mesoporous material | |
| CN101434418A (en) | Method for preparing Co3O4 nano material by hydrothermal method under magnetic field effect | |
| Zhou et al. | Template-free synthesis and photocatalytic activity of hierarchical hollow ZnO microspheres composed of radially aligned nanorods | |
| Zhu et al. | Synthesis of monodisperse mesoporous TiO2 nanospheres from a simple double-surfactant assembly-directed method for lithium storage | |
| CN108557883B (en) | A kind of preparation method of nanometer antimony trioxide | |
| He et al. | Rapid synthesis of hollow structured MnO2 microspheres and their capacitance | |
| Zhang et al. | Fabrication of Au/CNT hollow fiber membrane for 4-nitrophenol reduction | |
| CN102921443A (en) | Nickel titanium hydrotalcite and graphene composite photocatalyst responsive to visible lights and method for preparing same | |
| CN107597097B (en) | A kind of preparation method of supported molybdenum oxide catalyst and application thereof | |
| CN104772136A (en) | Pucherite as well as preparation method and application of pucherite | |
| Štengl et al. | A green method of graphene preparation in an alkaline environment | |
| CN101693552A (en) | Method for preparing tin dioxide nanostructure material with floriform appearance by hydrothermal synthesis | |
| Wang et al. | A novel and facile approach to obtain NiO nanowire-in-nanotube structured nanofibers with enhanced photocatalysis | |
| CN110526228B (en) | Preparation method of petal-like carbon nanosheets | |
| Salkar et al. | 2D α-MoO3-x truncated microplates and microdisks as electroactive materials for highly efficient asymmetric supercapacitors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200512 |