RU2711599C1 - Method of producing detonation nanodiamonds - Google Patents
Method of producing detonation nanodiamonds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711599C1 RU2711599C1 RU2019106758A RU2019106758A RU2711599C1 RU 2711599 C1 RU2711599 C1 RU 2711599C1 RU 2019106758 A RU2019106758 A RU 2019106758A RU 2019106758 A RU2019106758 A RU 2019106758A RU 2711599 C1 RU2711599 C1 RU 2711599C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dnd
- shell
- explosive composition
- detonation
- charge
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
- B01J3/08—Application of shock waves for chemical reactions or for modifying the crystal structure of substances
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- C01B32/25—Diamond
- C01B32/26—Preparation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии, а, именно, к производству детонационных наноалмазов (ДНА). ДНА в настоящее время широко используются в гальванике, полимерной химии, в виде масляных композиций, в полировальных финишных композициях, медицине, биологи и т.д.The invention relates to chemical technology, and, in particular, to the production of detonation nanodiamonds (DND). DNDs are currently widely used in electroplating, polymer chemistry, in the form of oil compositions, in polishing finishing compositions, medicine, biologists, etc.
Широко известна технология производства ДНА при подрыве смеси тротила и гексогена ~ 50/50 [Даниленко В.В. Взрыв: физика, техника, технология / М: Энергоатомиздат, 2010. - 784 с. - ISBN 978-5-283-00857-8; Ставер A.M., Лямкин А.И. Получение ультрадисперсных алмазов из взрывных веществ // В межвузовском сб. «Ультрадисперсные материалы. Получение и свойства», Красноярск, изд.: ротапринт КрПИ. - 1990. - С. 3-22; Даниленко В.В. Особенности синтеза детонационных наноалмазов // Физика горения и взрыва. - 2005. - Т. 41, №5. - С. 104-116; Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы, получение, свойства, применение. - СПб: НПО «Профессионал», 2011-536 с: ил., ув. вкл., ISBN 978-S-91259-073-3].The DND production technology is widely known for undermining a mixture of TNT and RDX ~ 50/50 [Danilenko V.V. Explosion: physics, engineering, technology / M: Energoatomizdat, 2010 .-- 784 p. - ISBN 978-5-283-00857-8; Staver A.M., Lyamkin A.I. Obtaining ultrafine diamonds from explosives // In interuniversity collection. “Ultrafine materials. Obtaining and properties ”, Krasnoyarsk, ed .: rotoprint KrPI. - 1990. - S. 3-22; Danilenko V.V. Features of the synthesis of detonation nanodiamonds // Combustion and Explosion Physics. - 2005. - T. 41, No. 5. - S. 104-116; Dolmatov V.Yu. Detonation nanodiamonds, production, properties, application. - St. Petersburg: NPO Professional, 2011-536 p., Ill., Uv. incl. ISBN 978-S-91259-073-3].
Известны способы получения ДНА с использованием большого числа различных взрывчатых веществ (ВВ), их смесей, и с добавками различных инертных (невзрывчатых) соединений [Ставер A.M., Лямкин А.И. Получение ультрадисперсных алмазов из взрывных веществ// В межвузовском сб. «Ультрадисперсные материалы. Получение и свойства», Красноярск, изд.: ротапринт КрПИ. - 1990. - С. 3-22].Known methods for producing DND using a large number of different explosives (BB), mixtures thereof, and with the addition of various inert (non-explosive) compounds [Staver A.M., Lyamkin AI Obtaining ultrafine diamonds from explosives // In interuniversity collection. “Ultrafine materials. Obtaining and properties ”, Krasnoyarsk, ed .: rotoprint KrPI. - 1990. - S. 3-22].
Однако, все эти разработки остались невостребованными из-за низкой эффективности (малый выход ДНА), дефицитности и высокой стоимости ВВ, высокой опасности работы как с индивидуальными соединениями, так и с их смесями.However, all these developments remained unclaimed due to low efficiency (low DND yield), scarcity and high cost of explosives, high risk of working with both individual compounds and their mixtures.
Тем мне менее, существуют громадные невостребованные для прямого назначения в боеприпасах, запасы тетрила (N-метил-N, 2,4,6-тетранитроанилин), которым в настоящее время не нашли применения.Nevertheless, there are huge unclaimed for direct use in ammunition, reserves of tetryl (N-methyl-N, 2,4,6-tetranitroaniline), which are currently not used.
Ближайшим и единственным аналогом (прототипом) является работа Е.А. Петрова [Е.А. Петров, Исследование физико-химических процессов детонационного синтеза наноалмазов, Сборник докладов Международной научно-технической и методической конференции 22-24 декабря 2004 г., г. Казань, с. 881-888.The closest and only analogue (prototype) is the work of EA Petrova [E.A. Petrov, Study of the physicochemical processes of detonation synthesis of nanodiamonds, Collection of reports of the International Scientific, Technical and Methodological Conference December 22-24, 2004, Kazan, p. 881-888.
По данному способу безоболочный (без бронировки) заряд, полученный из чистого тетрила и смеси тетрила (50%) и гексогена (50%) подрывали во взрывной камере сохранения, при этом выход ДНА составил 4,1% мас. и 2,47% мас. соответственно.According to this method, a shell-free (without reservation) charge obtained from pure tetrile and a mixture of tetril (50%) and hexogen (50%) was blown up in an explosive storage chamber, while the DND yield was 4.1% wt. and 2.47% wt. respectively.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1. Низкий выход ДНА (4,1 или 2,47% мас.), что делает экономически не выгодным такое производство;1. Low yield of DND (4.1 or 2.47% wt.), Which makes such production economically unprofitable;
2. Подрыв безоболочного заряда с сильным ударных действием газообразных продуктов детонации (ГПД) на стенки и запорную арматуру камеры, что приводит к сильной коррозии стенок камеры (и, соответственно, загрязнению алмазной шихты (АШ), получаемой сразу после взрыва избыточным количеством несгораемых примесей). Количество такой примеси (окислы металлов) может доходить до 30% мас. и более. Такая АШ непригодна для переработки в чистые ДНА, тем более, для прямого использования в гальванике, полимерной химии, маслах и смазках, полировальных композициях.2. Explosion of a shell-free charge with a strong shock action of gaseous detonation products (GPA) on the walls and shutoff valves of the chamber, which leads to severe corrosion of the chamber walls (and, accordingly, pollution of the diamond charge (AS) obtained immediately after the explosion with an excess of non-combustible impurities) . The amount of such impurities (metal oxides) can reach up to 30% wt. and more. Such an AS is unsuitable for processing into pure DNDs, especially for direct use in electroplating, polymer chemistry, oils and lubricants, and polishing compositions.
3. Сложность удаления сухой АШ, осевшей на стенки взрывной камеры, как минимум 1/3 АШ уносится с газообразными продуктами взрыва.3. The difficulty of removing dry AS, deposited on the walls of the explosive chamber, at least 1/3 of AS is carried away with the gaseous products of the explosion.
Задача настоящего изобретения состоит в получении высококачественных ДНА по простой технологии с высоким выходом из трехкомпонентных зарядов, включающих тетрил.The objective of the present invention is to obtain high-quality DNA by simple technology with a high yield of three-component charges, including tetryl.
Поставленная задача достигается путем подрыва композиционных взрывчатых составов в неокислительной среде следующего состава (% мас.):The task is achieved by detonating composite explosive compositions in a non-oxidizing medium of the following composition (% wt.):
при этом подрыв заряда ВВ осуществляют в водной или в оболочке, содержащей 5 % водный раствор уротропина или динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б), при массовом соотношении заряд ВВ : оболочка = 1 : (10÷14).wherein the explosive charge is carried out in an aqueous or in a shell containing a 5% aqueous solution of urotropine or disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (Trilon B), with a mass ratio of explosive charge: shell = 1: (10 ÷ 14).
Кислородный баланс (КБ) трехкомпонентной смеси выбирается в пределах рекомендуемого диапазона КБ -35÷-65% [Долматов В.Ю. Оценка применимости зарядов взрывчатых веществ для синтеза детонационных наноалмазов, СТМ, 2016, №5 (233), с. 109-113. / Dolmatov V.Yu., Assessment of applicability of explosive charges for synthesis of detonation nanodiamonds, Journal of Superhard Materials, September 2016, Volume 38, Issue 5, pp 373-376].The oxygen balance (KB) of the three-component mixture is selected within the recommended range of KB -35 ÷ -65% [Dolmatov V.Yu. Assessment of the applicability of explosive charges for the synthesis of detonation nanodiamonds, STM, 2016, No. 5 (233), p. 109-113. / Dolmatov V. Yu., Assessment of applicability of explosive charges for synthesis of detonation nanodiamonds, Journal of Superhard Materials, September 2016, Volume 38, Issue 5, pp 373-376].
Однако, на процесс получения ДНА влияют, кроме КБ, еще множество управляющих факторов:However, the process of obtaining DND is influenced, in addition to KB, by many other controlling factors:
1. Состав молекул ВВ и класс соединений;1. The composition of the molecules of explosives and the class of compounds;
2. Плотность заряда;2. Charge density;
3. Мощность заряда;3. Power charge;
4. Условия подрыва: наличие или отсутствие оболочки у заряда, состав газовой среды в камере, форма заряда, соотношение массы заряда и объема камеры, место подрыва заряда и мощность инициирующего импульса, материал стенок взрывной камеры.4. Detonation conditions: the presence or absence of a shell in the charge, the composition of the gas medium in the chamber, the form of the charge, the ratio of the mass of the charge and the volume of the chamber, the place of the charge detonation and the power of the initiating pulse, the material of the walls of the explosive chamber.
Подрыв зарядов осуществлялся во взрывной камере сохранения «Альфа-2М» объемом 2,14 м3. Подрыв осуществляли в газообразных продуктах детонации предыдущих подрывов, в неокислительной среде. Заряд помещали в пластиковый пакет с 4-5 литрами Н2О или водного раствора уротропина или Трилона Б.The charges were detonated in an Alpha-2M explosive storage chamber with a volume of 2.14 m 3 . Undermining was carried out in gaseous detonation products of previous explosions, in a non-oxidizing environment. The charge was placed in a plastic bag with 4-5 liters of H 2 O or an aqueous solution of urotropine or Trilon B.
Использование водной оболочки (например, В.В. Даниленко, Взрыв: физика, техника, технология, М.: Энергоатомиздат, 2010. - 784 с. - ISBN 978-5-283-00857-8) в соотношении H2О : ВВ = 4:1 известно, известно также использование оболочки в соотношении Н2O : ВВ = 1:6 (Пат. РФ №2348580, МПК С01В 31/06, публ. 10.03. 2009 г.). Влияние на детонационный синтез большего соотношения воды или указанного раствора не известно. Использование любой бронировки тетрила, включая воду и указанные растворы, не известно.The use of an aqueous shell (for example, VV Danilenko, Explosion: physics, engineering, technology, M .: Energoatomizdat, 2010. - 784 p. - ISBN 978-5-283-00857-8) in the ratio of H 2 O: BB = 4: 1 is known, the use of the shell in the ratio of H 2 O: BB = 1: 6 is also known (Pat. RF No. 2348580, IPC СВВ 31/06, publ. 10.03. 2009). The effect on the detonation synthesis of a larger ratio of water or the specified solution is not known. The use of any tetrile reservation, including water and the indicated solutions, is not known.
Использование трехкомпонентных зарядов возможно только после обязательного исследования смесей с тетрилом, их термостабильности, химической стойкости, чувствительности к удару и трению.The use of three-component charges is possible only after a mandatory study of mixtures with tetrile, their thermal stability, chemical resistance, sensitivity to shock and friction.
Испытания на термическую стабильность (в неизотермических условиях) соответственно осуществлялись на приборе Q-дериватографе (модернизированном). Тип держателя образца - кварцевый тигель с внутренней выемкой под термопару (диаметр 8 мм, высота 12 мм), тип термопары - платино-платинородиевая (содержание родия 10%), среда испытания - воздух, без прокачки. Скорость нагрева - 5°С/мин, интервал температур 20-500°С.Tests for thermal stability (in non-isothermal conditions) were respectively carried out on a Q-derivatograph (upgraded). The type of sample holder is a quartz crucible with an internal notch for a thermocouple (diameter 8 mm, height 12 mm), the type of thermocouple is platinum-platinum rhodium (rhodium content 10%), the test medium is air, without pumping. The heating rate is 5 ° C / min, the temperature range is 20-500 ° C.
где Тнр - температура начала разложения;where T HP - the temperature of the onset of decomposition;
Тнир - температура начала интенсивного разложения.T nir is the temperature of the onset of intense decomposition.
Вывод: заключение о совместимости тетрила, тротила и гексогена можно сделать только по результатам исследований на измерительно-вычислительном комплексе «Вулкан - 2000» (химическая стойкость).Conclusion: the conclusion about the compatibility of tetrile, trotyl and hexogen can be made only by the results of studies on the measuring and computing complex "Volcano - 2000" (chemical resistance).
Вывод: исходя из полученных результатов видно, что смесь совместима и заряд можно получать прессованием.Conclusion: based on the results obtained, it is clear that the mixture is compatible and the charge can be obtained by pressing.
Определение чувствительности взрывчатых материалов к механическим воздействиямDetermination of the sensitivity of explosive materials to mechanical stress
Чувствительность к удару определяли по ГОСТ 4545-87 на копре К-44-II, масса груза 10 кг, роликовый прибор №1; чувствительность к трению определяли по ГОСТ Р 50835-98 на копре К-44-II, масса груза 1,5 кг, температура 20°С.Sensitivity to shock was determined according to GOST 4545-87 on the K-44-II head, load weight 10 kg, roller device No. 1; sensitivity to friction was determined according to GOST R 50835-98 on the K-44-II head, load weight 1.5 kg, temperature 20 ° C.
Вывод: добавление тетрила в состав ВВ на чувствительность к механическим воздействиям влияет незначительно. Заряд возможно изготовить прессованием.Conclusion: the addition of tetrile to the composition of explosives does not significantly affect the sensitivity to mechanical stress. The charge can be made by pressing.
Различие в технологиях получения ДНА и, особенно, в составе ВВ, сильно влияют на свойства наноалмазов. Можно непротиворечиво утверждать, что в настоящее время не существует единого материала под названием «детонационные наноалмазы». Не существует единого сертификата качества на ДНА, не известно также, какие параметры (свойства) различных ДНА являются определяющими для такого все еще нового вида наноматериала. Главными факторами, определяющими выход и качество ДНА, являются состав заряда ВВ, бронировка (оболочка) заряда и состав газовой среды во взрывной камере.The difference in the technologies for obtaining DND and, especially, in the composition of explosives, strongly affects the properties of nanodiamonds. It can be consistently argued that at present there is no single material called "detonation nanodiamonds." There is no single quality certificate for DNDs; it is also not known which parameters (properties) of various DNDs are crucial for such a still new type of nanomaterial. The main factors determining the yield and quality of the DND are the explosive charge composition, charge armor (shell) and the composition of the gaseous medium in the explosive chamber.
Утверждать об изначальной ясности результатов подрыва заряда ВВ даже при знании основных управляющих параметров процесса в настоящий момент не приходится, в том числе из-за неидеальности процесса детонации. Более того, до сих пор неизвестно, какие реакции и в какой последовательности происходят за фронтом детонационной волны в зоне химических реакций (ЗХР). Это и понятно: не существует способов, аппаратуры и приборов для определения реальной кинетики процесса разложения ВВ, учитывая время реакции 0,1 МКС (10-7 с), температуру ~ 4000 К и давление ~ 250000 атм.At present, it is not necessary to confirm the initial clarity of the results of detonation of an explosive charge even with knowledge of the main control parameters of the process, including because of the non-ideal detonation process. Moreover, it is still unknown which reactions and in what sequence occur behind the detonation wave front in the zone of chemical reactions (ZHR). This is understandable: there are no methods, apparatus, and instruments for determining the real kinetics of the explosive decomposition process, taking into account the reaction time of 0.1 MKS (10 -7 s), a temperature of ~ 4000 K and a pressure of ~ 250,000 atm.
Состав охлажденных продуктов детонации (ПД), включая твердый углерод, рассчитать невозможно без экспериментального осуществления.The composition of chilled detonation products (PD), including solid carbon, cannot be calculated without experimental implementation.
Так, например, подрыв ныне наиболее распространенных для получения ДНА безоболочных литых зарядов ТГ 50/50 в работе [Ставер A.M., Лямкин А.И. Получение ультрадисперсных алмазов из взрывных веществ // В межвузовском сб. "Ультрадисперсные материалы. Получение и свойства», Красноярск, изд.: ротапринт КрПИ. - 1990. - С. 3-22.] дал выход ДНА в 0%, а в работе [Бабушкин А.Ю., Лямкин А.И., Ставер A.M. Особенности получения ультрадисперсного материала на основе углерода из взрывчатых веществ // В сб. докл. V Всесоюзн. совещ. по детонации, Красноярск, 5-12 августа 1991. - 1991. - Т. 1. - С. 81-83.] - выход 8% мас.So, for example, the undermining of the now most common for obtaining DND non-shell cast charges of TG 50/50 in the work [Staver A.M., Lyamkin A.I. Obtaining ultrafine diamonds from explosives // In interuniversity collection. "Ultrafine materials. Production and properties", Krasnoyarsk, ed .: rotoprint KrPI. - 1990. - S. 3-22.] Gave the yield of DND at 0%, and in [Babushkin A.Yu., Lyamkin A.I. , Staver AM Features of obtaining ultrafine carbon-based material from explosives // In the collection of reports of the V All-Union Conference on Detonation, Krasnoyarsk, August 5-12, 1991. - 1991. - T. 1. - P. 81-83 .] - yield 8% wt.
Водную бронировку зарядов используют для быстрого охлаждения ПД до температур, ниже которых графитизация уже полученных ДНА не происходит (с ~ 4000 К до ~ 1300 К). Однако и здесь воздействие состава бронировки также далеко не однозначно. Так, в работе [В. Ю. Долматов, А. Веханен, V. Myllymaki, А.С. Козлов, Т.Т.Б. Нгуен Влияние состава бронировки заряда на выход наноалмазов и содержание примесей // Журнал прикладной химии, Т. 91, Вып. 2, 2018, С. 211-216.] подрыв состава ТГ 50/50 в чистой воде дает выход ДНА 4,9% мас. Введение в воду уротропина увеличивает выход ДНА до 6,9% мас., а вот введение Трилона Б резко снижает выход ДНА до 3,37%. В то же время по данной заявке при использовании тетрила в бронировке из чистой воды высокий выход ДНА - 6,32-7,36% мас, в водном уротропине выход ДНА практически тот же - 6,84-7,05% мас., а в водном растворе Трилона Б выход ДНА так же высок - 6,93-7,11% мас., то есть данные совершенно иные при сопоставлении с предшествующим примером. Таким образом, заранее предсказать результат невозможно.Water-based charge reservation is used to quickly cool PD to temperatures below which graphitization of already obtained DNDs does not occur (from ~ 4000 K to ~ 1300 K). However, here the effect of the composition of the reservation is also far from clear. So, in [V. Yu. Dolmatov, A. Vehanen, V. Myllymaki, A.S. Kozlov, T.T.B. Nguyen Influence of the composition of the charge reservation on the output of nanodiamonds and the content of impurities // Journal of Applied Chemistry, vol. 91, no. 2, 2018, S. 211-216.] Undermining the composition of the TG 50/50 in pure water gives a DND yield of 4.9% wt. The introduction of urotropine into water increases the yield of DND to 6.9% wt., But the introduction of Trilon B dramatically reduces the yield of DND to 3.37%. At the same time, according to this application, when using tetrile in a reservation from pure water, a high yield of DND is 6.32-7.36% wt., In aqueous urotropine the yield of DND is almost the same - 6.84-7.05% wt., And in an aqueous solution of Trilon B, the yield of DND is also high - 6.93-7.11% wt., that is, the data are completely different when compared with the previous example. Thus, it is impossible to predict the result in advance.
Неидеальность детонации, например, для зарядов ТГ 40/60 приводит к тому, что в отличие от расчетов, количество образующихся СО2 (которого должно быть ~ 100%) на самом деле составляет ~ 30%, а СО ~ 70%. Все это приводит к существенному снижению выхода АШ и ДНА [Кузьмин И.Г., Лямкин А.И., Ставер A.M. Экспериментальное изучение состава газообразных продуктов детонации конденсированного ВВ в различных атмосферах // В межвузовском сб. "Ультрадисперсные материалы. Получение и свойства», Красноярск, изд.: ротапринт КрПИ. - 1990. - С. 23-28.].The non-ideal detonation, for example, for TG 40/60 charges, leads to the fact that, in contrast to calculations, the amount of CO 2 generated (which should be ~ 100%) is actually ~ 30%, and CO ~ 70%. All this leads to a significant decrease in the yield of AS and DN [Kuzmin IG, Lyamkin AI, Staver AM Experimental study of the composition of the gaseous detonation products of condensed explosives in various atmospheres // In interuniversity collection. "Ultrafine materials. Obtaining and properties", Krasnoyarsk, ed .: rotoprint KrPI. - 1990. - S. 23-28.].
Таким образом, никакие теоретические построения не могут описать выход ДНА в зависимости от условий его синтеза без его практического воплощения. Получение ДНА из тройных составов никто не изучал, особенно составов на основе тетрила. Тройной состав вносит еще большую неопределенность в отличие от чистого тетрила и бинарных зарядов.Thus, no theoretical constructs can describe the yield of DND depending on the conditions of its synthesis without its practical implementation. Nobody has studied the preparation of DND from triple compositions, especially tetryl-based compounds. The triple composition introduces even greater uncertainty in contrast to pure tetrile and binary charges.
Использование тройных зарядов для получения ДНА, тем более, с тетрилом, неизвестно.The use of triple charges to obtain DND, especially with tetryl, is unknown.
Анализ данных Таблицы 4 показывает, что выход ДНА в пределах заявляемых диапазонов компонентов и соотношение бронировки укладывается в ~ 6,0÷8,2% мас., что говорит о высокой рентабельности способа (рентабельным способ получения ДНА является, если выход превышает 5% мас.). Наблюдается высокая стабильность выхода ДНА (>6,0%) вне зависимости от содержания компонентов в пределах заявленных диапазонов. А содержание несгораемых примесей очищенных ДНА сильно зависит от бронировки зарядов, минимальное количество несгораемых примесей находится в ДНА, полученных при бронировке зарядов водным раствором уротропина и Трилона Б (наибольшая разница - до 4 раз). Это делает такие ДНА значительно более предпочтительными для ряда областей использования, а иногда - единственными возможными, например, ДНА по опытам №3, 6, 10, 11, 13 и 14 - для медицины и биологии.Analysis of the data in Table 4 shows that the DND output within the claimed ranges of components and the reservation ratio fit into ~ 6.0 ÷ 8.2% wt., Which indicates a high cost-effectiveness of the method (a cost-effective way to obtain DND is if the yield exceeds 5% wt. .). There is a high stability of the yield of DND (> 6.0%) regardless of the content of the components within the stated ranges. And the content of non-combustible impurities of purified DNDs strongly depends on the reservation of charges, the minimum amount of non-combustible impurities is in DNDs obtained when booking charges with an aqueous solution of urotropin and Trilon B (the largest difference is up to 4 times). This makes such DNDs much more preferable for a number of areas of use, and sometimes the only possible ones, for example, DNDs in experiments No. 3, 6, 10, 11, 13, and 14 for medicine and biology.
Из сопоставления данных оп. 3 и 15, оп. 9 и 16, оп. 13 и 17 видно, что увеличение соотношения заряда практически никак не влияет на выход ДНА, АШ и содержание ДНА в АШ. Т.е., дальнейшее увеличение соотношения заряда ВВ : бронировка не целесообразно - увеличивается расход бронировки без видимого эффекта.From data comparison op. 3 and 15, op. 9 and 16, op. 13 and 17, it can be seen that an increase in the charge ratio has almost no effect on the output of DND, AS and the content of DND in AS. That is, a further increase in the explosive charge ratio: the reservation is not advisable - the consumption of the reservation increases without a visible effect.
Содержание ДНА в АШ также имеет большое значение, как для последующей химической очистки (чем выше содержание ДНА в АШ - тем меньше нагрузка па чувствительную стадию химической очистки и меньше экологический вред для окружающей среды), так и для последующего применения самой АШ (гальваника, масла и смазки, полимерная химия).The DND content in AS is also of great importance, both for subsequent chemical cleaning (the higher the DND content in AS is the lower the load on the sensitive stage of chemical treatment and less environmental damage), and for the subsequent use of AS itself (electroplating, oil and lubricants, polymer chemistry).
Использование оболочки заряда позволяет в 2-3 раза поднять выход ДНА за счет быстрого отвода тепла от продуктов взрыва - испарением воды, т.о. уменьшается графитизация уже образовавшихся частиц ДНА.The use of a charge shell makes it possible to increase the DND output by a factor of 2–3 due to the rapid removal of heat from the explosion products — by evaporation of water, i.e. the graphitization of already formed DND particles decreases.
Наличие комплексонов (уротропина и Трилона Б) переводит часть несгораемых примесей (оксиды металлов) в легкорастворимые в воде комплексные соединения, что положительно сказывается на результате химической очистки ДНА. Содержание несгораемых примесей в ДНА падает в 2-6 раз. Кроме того, наличие восстановителей в воде (к ним относятся уротропин и Трилон Б) позволяет при распаде при взрыве создать в камере не слабо окислительную, а восстановительную среду, что также приводит к увеличению выхода ДНА и снижению дефектности поверхности слоев ДНА. Это, в свою очередь, увеличивает возможности использования ДНА в различных областях, в том числе - в медицине и биологии. На сам распад уротропина и Трилона Б расходуется энергия взрыва, позволяя также снизить графитизацию образовавшихся ДНА.The presence of complexones (urotropine and Trilon B) translates some of the non-combustible impurities (metal oxides) into complex compounds that are readily soluble in water, which positively affects the result of chemical cleaning of DNDs. The content of non-combustible impurities in the DND drops 2-6 times. In addition, the presence of reducing agents in water (including urotropin and Trilon B) during decomposition during an explosion creates not a weakly oxidizing, but a reducing environment in the chamber, which also leads to an increase in DND yield and a decrease in the surface defects of DND layers. This, in turn, increases the possibilities of using DND in various fields, including medicine and biology. Explosion energy is spent on the breakdown of urotropin and Trilon B, while also allowing the graphitization of the resulting DNDs to be reduced.
Новый вариант синтеза ДНА из трехкомпонентной смеси, содержащей как минимум 5% мас. тетрила, высокорентабелен, прост в технологическом исполнении.A new version of the synthesis of DND from a three-component mixture containing at least 5% wt. tetrile, highly profitable, easy to process.
Остаточная стоимость тетрила очень мала, это сырье имеется в громадных количествах, дальнейшее хранение тетрила опасно - тетрил относится к достаточно высокочувствительным веществам и стойкость его падает при дальнейшем многолетнем хранении, что может привести, в том числе, и к экологической катастрофе. Кроме того, подрыв трехкомпонентных зарядов в водной или водно-солевой среде позволяет уменьшить коррозионное и ударное воздействие на стенки взрывной камеры, уменьшая количество несгораемых примесей в АШ и ДНА и увеличивая срок службы камеры. Это делает получающиеся продукты высококонкурентноспособными.The residual cost of tetrile is very small, this raw material is available in huge quantities, further storage of tetrile is dangerous - tetrile is a fairly highly sensitive substance and its stability decreases with further long-term storage, which can lead, among other things, to an environmental disaster. In addition, the undermining of three-component charges in an aqueous or aqueous-salt medium can reduce the corrosion and impact on the walls of the explosive chamber, reducing the amount of non-combustible impurities in the AS and DND and increasing the life of the chamber. This makes the resulting products highly competitive.
Водная суспензия АШ легко удаляется из взрывной камеры через нижний люк и поступает на дельнейшую переработку. Выход АШ находится в пределах 13-16% мас.The aqueous suspension of ASh is easily removed from the explosive chamber through the lower hatch and fed for further processing. The output of AS is in the range of 13-16% wt.
Сущность способа поясняется примерами его осуществления.The essence of the method is illustrated by examples of its implementation.
Пример 1. Давление прессования трехкомпонентных зарядов с тетрилом использовали от 1400 до 2000 кг/см3.Example 1. The pressing pressure of the three-component charges with tetrile was used from 1400 to 2000 kg / cm 3 .
Масса заряда 500 г, форма - цилиндр, имеющий диаметр 60 мм и высоту ~ 110 мм.The mass of the charge is 500 g, the shape is a cylinder having a diameter of 60 mm and a height of ~ 110 mm.
Для синтеза АШ и ДНА использовали взрывную камеру емкостью 2,14 м3 «Альфа-2М» (Россия). Заряды подвешивали в центр камеры в бронировке из воды или водного раствора уротропина или Трилона Б и производили подрыв. Жидкую бронировку наливали в обычный полиэтиленовый пакет, погружали туда заряд и подвешивали на крюк, приваренный к верхнему загрузочному люку камеры. Соотношение ВВ:Н2O (или раствор) = 1:(10÷14). Соотношение массы ВВ к массе уротропина или Трилона Б ~ 1:0,5.For the synthesis of AS and DND, an explosive chamber with a capacity of 2.14 m 3 Alfa-2M (Russia) was used. Charges were suspended in the center of the chamber in a reservation made of water or an aqueous solution of urotropin or Trilon B and undermined. The liquid reservation was poured into a regular plastic bag, the charge was immersed there and hung on a hook welded to the top loading hatch of the camera. The ratio of explosives: H 2 O (or solution) = 1: (10 ÷ 14). The ratio of the mass of explosives to the mass of urotropine or Trilon B ~ 1: 0.5.
После каждого 5-го подрыва внизу камеры дистанционно открывали клапан, и водная суспензия АШ под небольшим давлением в камере перетекала в приемную емкость (бидон емкостью 40 л). Полученную суспензию АШ отфильтровывали от грубых примесей, затем от более мелких примесей, подвергали магнитной сепарации и отжимали от избытка Н2О на промышленной центрифуге. Полученную после отжима пасту АШ (содержание H2О 75-85% масс.) отправляли на стадию отмывки. Отмывку АШ от водорастворимых примесей (в основном, комплексные соли уротропина или Трилона Б) проводили в емкостных реакторах (250-500 л), соотношение - сухая АШ к воде = 1:20÷40. Обычно проводили 4 промывки холодной водой (~20°С) и 2 промывки горячей водой (~80°С). Далее АШ высушивали на нержавеющих противнях при (~130°С, а когда образовывалась очень густая масса, температурный режим поднимали до 160°С (без вакуума). Если использовали бронировку заряда чистой водой, то АШ водой, как правило, не промывали, а сразу высушивали.After each 5th blasting, a valve was remotely opened at the bottom of the chamber, and an aqueous suspension of ASh under slight pressure in the chamber flowed into the receiving tank (40 liter can). The resulting suspension of AS was filtered from coarse impurities, then from smaller impurities, subjected to magnetic separation and squeezed from excess H 2 O in an industrial centrifuge. The ASh paste obtained after pressing (H 2 O content of 75-85% wt.) Was sent to the washing stage. The washing of AS from water-soluble impurities (mainly complex salts of urotropine or Trilon B) was carried out in capacitive reactors (250-500 l), the ratio of dry AS to water = 1: 20 ÷ 40. Typically, 4 washes with cold water (~ 20 ° C) and 2 washes with hot water (~ 80 ° C). Further, the AS was dried on stainless baking sheets at (~ 130 ° C, and when a very thick mass formed, the temperature was raised to 160 ° C (without vacuum). If the charge was reserved with pure water, then the AS was usually not washed, but dried immediately.
Высушенную АШ дробили, растирали и классифицировали на ситах с ячейкой ~ 200 мкм. Далее АШ отправляли на анализ - определяли количество окисляемого углерода (титрованием K2Сr2О7 в конц. H2SO4) и количество несгораемого остатка - сжиганием образца АШ при 600°С, и на химическую очистку (57%-ная азотная кислота, t=230°С и р=80-100 атм).The dried AS was crushed, triturated and classified on sieves with a cell of ~ 200 μm. Further, the AS was sent for analysis - the amount of oxidizable carbon was determined (by titration with K 2 Cr 2 O 7 in conc. H 2 SO 4 ) and the amount of non-combustible residue was determined by burning the AS sample at 600 ° С, and for chemical treatment (57% nitric acid , t = 230 ° C and p = 80-100 atm).
Все эксперименты, представленные в табл. 4, выполнены по вышеуказанной в Примере 1 методике.All experiments are presented in table. 4 are made as described in Example 1 above.
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Разработка по применению тройных составов на основе тетрила была выполнена для промышленного использования. Качество полученного ДНА очень высокое и ожидается значительный спрос на «тетриловые» ДНА для гальваники (Сr-, Ni-, Zn-, Сu-, Ag-, Аu-покрытия, анодное оксидирование с ДНА); для полимерной химии, включая клеевые системы; для суперфинишного полирования, масляных композиций; для биологии и медицины.The development of the use of tetrile-based triple formulations was carried out for industrial use. The quality of the obtained DND is very high and a significant demand is expected for “tetrile” DNDs for electroplating (Cr-, Ni-, Zn-, Cu-, Ag-, Au-coatings, anodic oxidation from DND); for polymer chemistry, including adhesive systems; for superfinishing polishing, oil compositions; for biology and medicine.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106758A RU2711599C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Method of producing detonation nanodiamonds |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106758A RU2711599C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Method of producing detonation nanodiamonds |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2711599C1 true RU2711599C1 (en) | 2020-01-17 |
Family
ID=69171678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019106758A RU2711599C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Method of producing detonation nanodiamonds |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2711599C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2814424C1 (en) * | 2020-03-27 | 2024-02-28 | Дайсел Корпорэйшн | Explosive composition for diamond synthesis |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4483836A (en) * | 1980-07-31 | 1984-11-20 | Institut Khimicheskoi Fiziki Akademii Nauk Sssr | Method of producing diamond and/or diamond-like modifications of boron nitride |
RU2042615C1 (en) * | 1993-04-09 | 1995-08-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Method for production of diamonds |
RU2348580C1 (en) * | 2005-12-30 | 2009-03-10 | Государственное Учреждение "Федеральное Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального И Двойного Назначения" При Министерстве Юстиции Российской Федерации | Nanodiamond and method of its obtainment |
EP3150552A1 (en) * | 2014-05-30 | 2017-04-05 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Method for producing carbon particles by detonation |
-
2019
- 2019-03-11 RU RU2019106758A patent/RU2711599C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4483836A (en) * | 1980-07-31 | 1984-11-20 | Institut Khimicheskoi Fiziki Akademii Nauk Sssr | Method of producing diamond and/or diamond-like modifications of boron nitride |
RU2042615C1 (en) * | 1993-04-09 | 1995-08-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Method for production of diamonds |
RU2348580C1 (en) * | 2005-12-30 | 2009-03-10 | Государственное Учреждение "Федеральное Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального И Двойного Назначения" При Министерстве Юстиции Российской Федерации | Nanodiamond and method of its obtainment |
EP3150552A1 (en) * | 2014-05-30 | 2017-04-05 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Method for producing carbon particles by detonation |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
ВЕРЕЩАГИН А.Л., Свойства детонационных наноалмазов, Барнаул, 2005, с.с. 10, 11. * |
ПЕТРОВ А.А. и др., Органическая химия, Москва, Высшая школа, 1973, с. 168, п. 2. ДОЛМАТОВ В.Ю., Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение, Успехи химии, 2001, т. 70, no. 7, с.с. 687-708 * |
ПЕТРОВ А.А. и др., Органическая химия, Москва, Высшая школа, 1973, с. 168, п. 2. ДОЛМАТОВ В.Ю., Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение, Успехи химии, 2001, т. 70, no. 7, с.с. 687-708. ВЕРЕЩАГИН А.Л., Свойства детонационных наноалмазов, Барнаул, 2005, с.с. 10, 11. * |
ПЕТРОВ Е.А., Исследование физико-химических процессов детонационного синтеза наноалмазов, Современные проблемы технической химии, Материалы докладов Международной научно-технической и методической конференции, Казань, 2004, с.с. 881-888. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2814424C1 (en) * | 2020-03-27 | 2024-02-28 | Дайсел Корпорэйшн | Explosive composition for diamond synthesis |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4483836A (en) | Method of producing diamond and/or diamond-like modifications of boron nitride | |
Horie et al. | Synthesis of nickel aluminides under high-pressure shock loading | |
Liu et al. | Preparation of CL-20/TFAZ cocrystals under aqueous conditions: Balancing high performance and low sensitivity | |
RU2711599C1 (en) | Method of producing detonation nanodiamonds | |
US10906016B2 (en) | Method for manufacturing nanoparticles by detonation | |
JP2007269576A (en) | Method and apparatus for synthesizing cluster diamond | |
RU2703212C1 (en) | Method of producing detonation nanodiamonds | |
RU2712551C1 (en) | Method of producing detonation nanodiamonds | |
JP2015227260A (en) | Method of producing carbon particle by detonating method | |
RU2354501C1 (en) | Method of nickel aluminide or titanium aluminide-based powder materials production | |
JP3346496B2 (en) | Polycrystalline BCN material and method for producing the same | |
US3923496A (en) | Nickel powder and a process for producing it | |
US2966426A (en) | Process for the production of boron phosphide | |
Amosov et al. | Effect of batch pelletizing on a course of SHS reactions: An overview | |
Tunc et al. | The Conversion Kinetics of Tincal to Boric Acid in Nitric Acid Solutions | |
JPS6351965B2 (en) | ||
Clark et al. | Equilibria in the ammonium carbamate-urea-water system | |
Li et al. | Optimization of the synthesis parameters and analysis of the impact sensitivity for tetrazene explosive | |
Dolmatov | On elemental composition and crystal-chemical parameters of detonation nanodiamonds | |
JPH03271109A (en) | Synthesis of diamond | |
Dolmatov et al. | Development of a process for producing detonation nanodiamonds from tetryl and binary compositions based on it | |
US3260571A (en) | Boron phosphides | |
Dolmatov | The Amount of Impurity Elements in Diamond-Containing Soot and Detonation Nanodiamonds upon Nitric Acid Treatment | |
Yamasaki et al. | Synthesis of diamond particles under alkaline hydrothermal conditions | |
Anniyappan et al. | Method of Producing Uniformly Shaped and Sized Particles of 2, 4, 6-Triazido-1, 3, 5-triazine by Emulsion Crystallization |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210312 |