[go: up one dir, main page]

RU2712551C1 - Method of producing detonation nanodiamonds - Google Patents

Method of producing detonation nanodiamonds Download PDF

Info

Publication number
RU2712551C1
RU2712551C1 RU2019106755A RU2019106755A RU2712551C1 RU 2712551 C1 RU2712551 C1 RU 2712551C1 RU 2019106755 A RU2019106755 A RU 2019106755A RU 2019106755 A RU2019106755 A RU 2019106755A RU 2712551 C1 RU2712551 C1 RU 2712551C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dnd
shell
explosive
detonation
yield
Prior art date
Application number
RU2019106755A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Юрьевич Долматов
Дмитрий Владимирович Руденко
Олег Николаевич Лисицин
Максим Николаевич Киселёв
Александр Олегович Дорохов
Иван Витальевич Денисов
Original Assignee
Валерий Юрьевич Долматов
Дмитрий Владимирович Руденко
Олег Николаевич Лисицин
Максим Николаевич Киселёв
Александр Олегович Дорохов
Иван Витальевич Денисов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Юрьевич Долматов, Дмитрий Владимирович Руденко, Олег Николаевич Лисицин, Максим Николаевич Киселёв, Александр Олегович Дорохов, Иван Витальевич Денисов filed Critical Валерий Юрьевич Долматов
Priority to RU2019106755A priority Critical patent/RU2712551C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2712551C1 publication Critical patent/RU2712551C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/08Application of shock waves for chemical reactions or for modifying the crystal structure of substances
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0095Manufacture or treatments or nanostructures not provided for in groups B82B3/0009 - B82B3/009
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/25Diamond
    • C01B32/26Preparation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing technology.
SUBSTANCE: invention can be used in electroplating, polymer chemistry, medicine, biology, as well as in production of oil and polishing finishing compositions. Individual explosive, which is represented by tetryl, is exploded in an aqueous shell or shell containing 5 % aqueous solution of urotropin or Trilon B, with weight ratio of explosive charge to shell equal to 1:(10–14), in medium of gaseous products of detonation of previous detonations of explosive charge as non-oxidative medium.
EFFECT: invention provides high-quality detonation nanodiamonds (DND) using simple technology with high output.
1 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к химической технологии, а именно, к производству детонационных наноалмазов (ДНА). ДНА в настоящее врем широко используются в гальванике, полимерной химии, в виде масляных композиций, в полировальных финишных композициях, медицине, биологии и т.д.The invention relates to chemical technology, namely, 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, biology, 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.

Существуют громадные невостребованные для прямого назначения в боеприпасах, запасы тетрила (N-метил-N, 2, 4, 6-тетранитроанилин), которые в настоящее время не нашли применения.There are huge unclaimed for direct use in ammunition, reserves of tetryl (N-methyl-N, 2, 4, 6-tetranitroaniline), which are currently not found use.

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.По данному способу без оболочки (без бронировки) заряд, полученный прессованием тетрила с р=1,61 г/см3 подрывают во взрывной камере сгорания и получают выход ДНА 4,10% мас. от исходного тетрилаThe 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. In this method, without a shell (without reservation), the charge obtained by pressing tetrile with p = 1.61 g / cm 3 is blasted in an explosive combustion chamber and a DND yield of 4.10% wt. from the original tetrile

Недостатками способа- прототипа являются:The disadvantages of the prototype method are:

1) Низкий выход ДНА (4,1% мас.), что делает экономически не выгодным такое производство;1) Low yield of DNA (4.1% 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. Кроме того, 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. In addition, at least 1/3 of the 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 тетрила.The objective of the present invention is to obtain high-quality DNA by simple technology with a high yield of tetrile.

Поставленная задача достигается путем подрыва прессованного заряда тетрила (ρ>1,6 г/см3) в водной или оболочке, содержащей 5% водный раствор уротропина или динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б), при в массовом соотношении оболочка: тетрил = (10-14):1.The task is achieved by undermining the pressed tetrile charge (ρ> 1.6 g / cm 3 ) in an aqueous or shell containing a 5% aqueous solution of urotropine or disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (Trilon B), with a shell: tetrile mass ratio = (10 -14): 1.

Можно использовать прессованный заряд тетрила.A compressed tetrile charge may be used.

Тетрил обладает кислородным балансом -47,4%, который находится ~ в середине рекомендуемого 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].Tetrile has an oxygen balance of -47.4%, which is ~ in the middle of the recommended 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. Удельная мощность заряда;3. Specific power of charge;

4. Условия подрыва: наличие или отсутствие оболочки у заряда, состав газовой среды в камере.4. Detonation conditions: the presence or absence of a shell on the charge, the composition of the gas medium in the 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 (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты). Газовый подрыв (без бронировки заряда) осуществляли, подвесив заряд в центре взрывной камеры. Подрыв осуществляли дистанционно.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 (disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid). Gas blasting (without charge reservation) was carried out by suspending the charge in the center of the explosive chamber. Undermining was carried out remotely.

Использование водной оболочки (например, В.В. Даниленко, Взрыв: физика, техника, технология. М.: Энергоатомиздат, 2010. - 784 с. - ISBN 978-5-283-00857-8) в соотношении Н2О: ВВ=4:1 известно. Также известно использование оболочки в соотношении Н2O:ВВ=1:6 (Пат. РФ №2348580, МПК С01В 31/06, публ. 10.03.2009.). Влияние на детонационный синтез большего соотношения воды или указанных растворов не известно. Использование любой бронировки тетрила, включая воду и укаханные 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 N 2 O: BB = 4: 1 is known. It is also known to use the shell in the ratio of H 2 O: BB = 1: 6 (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 these solutions is not known. The use of any tetrile reservation, including water and stained solutions, is not known.

Figure 00000001
Figure 00000001

Анализ данных Таблицы 1 показывает, что индивидуальные ВВ, как правило, дают очень низкий выход ДНА (~1% в случае подрыва гексогена, oп. 1 и тротила, оп. 2) даже при условии их подрыва в водной бронировке.An analysis of the data in Table 1 shows that individual explosives, as a rule, give a very low yield of DND (~ 1% in the case of detonation of RDX, op. 1 and TNT, op. 2) even if they are detonated in a water reservation.

Порыв заряда тетрила без бронировки, в газовой среде от предыдущих подрывов, вопреки данным прототипа дал не 4,1% мас., а ничтожный выход 0,76% мас., и привел к аномально малому выходу АШ - 0,97%, и аномально высокому содержанию несгораемых примесей в АШ - 51,54%, что делает полностью бессмысленным такой метод подрыва и получения АШ и ДНА.A gust of tetrile charge without reservation, in a gaseous medium from previous explosions, contrary to prototype data, did not yield 4.1% wt., But an insignificant yield of 0.76% wt., And led to an abnormally low yield of ASh - 0.97%, and anomalously the high content of non-combustible impurities in the AS is 51.54%, which makes such a method of undermining and obtaining AS and DND completely meaningless.

Подрыв тетрила в водной оболочке резко увеличивает выход ДНА. Однако, соотношение массы оболочки и заряда играет существенную роль. Так, в опытах 4-6 мы наблюдаем существенное возрастание выхода ДНА по мере увеличения соотношения ВВ:Н2О с 1:4 до 1:14. Выход ДНА возрос в 1,5-1,9 раза, что очень существенно. Из сравнения оп. 6,7 и оп. 12, оп. 8,9 т оп. 13, оп. 10, 11 и оп. 14 видно, что увеличение соотношения тетрил: бронировка до 1:15 практически никак не влияет на выход ДНА, АШ и содержание ДНА в АШ. Т.е., дальнейшее увеличение соотношения тетрил: бронировка нецелесообразно - увеличивается расход бронировки без видимого эффекта.Undermining tetrile in the water shell dramatically increases the yield of DND. However, the ratio of shell mass to charge plays a significant role. So, in experiments 4-6, we observe a significant increase in the yield of DND with an increase in the BB: H 2 O ratio from 1: 4 to 1:14. The yield of DND increased by 1.5-1.9 times, which is very significant. From comparison op. 6.7 and op. 12, op. 8.9 t op. 13, op. 10, 11 and op. 14 it can be seen that an increase in the tetrile: armor ratio to 1:15 has almost no effect on the yield of DND, AS, and the content of DND in AS. That is, a further increase in the ratio of tetril: booking is not practical - the consumption of booking is increased without a visible effect.

Очень важно для последующего применения АШ и для химической очистки, что содержание ДНА в АШ очень высокое - от 51 до 63% мас. Высокий выход АШ и сопряженное с ним относительно низкое содержание несгораемых примесей АШ способствует низкому содержанию этих примесей и в ДНА - от 0,4 до 0,9% мас., что позволяет использовать эти ДНА в различных технологиях применения, включая микроэлектронику, биологию и медицину.It is very important for the subsequent use of ASh and for chemical cleaning that the content of DND in ASh is very high - from 51 to 63% wt. The high yield of AS and the relatively low content of non-combustible AS impurities associated with it contributes to the low content of these impurities in DNDs from 0.4 to 0.9% by weight, which makes it possible to use these DNDs in various application technologies, including microelectronics, biology, and medicine .

Внесение зарядов тетрила в водную (оп. 6, 7) и водно-солевую оболочки (оп. 8 и 9 с уротропином и оп. 10, 11 - с Трилоном Б) при соотношении бронировка: тетрил = (10÷14):1 дают аномально высокий выход из индивидуальных соединений, в среднем 6,94% мас.The introduction of tetrile charges into the water (op. 6, 7) and the water-salt shells (op. 8 and 9 with urotropin and op. 10, 11 - with Trilon B) with the ratio of armor: tetrile = (10 ÷ 14): 1 give abnormally high yield of individual compounds, an average of 6.94% wt.

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 a 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 unambiguous. 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. Так, по прототипу, выход ДНА из безоболочного заряда из тетрила составил 4,1% мас., а повторение этого эксперимента в точном соответствии с прототипом дало выход ДНА ~ 0,76% мас., то есть в 5,4 раза меньше. В то же время был также неожиданным и результат авторов данной заявки - выход ДНА составил до 7,36% мас. при подрыве в водной оболочке (в 10 раз выше, чем при подрыве без оболочки).Thus, no theoretical constructs can describe the yield of DND depending on the conditions of its synthesis. So, according to the prototype, the yield of DND from a shell-free charge from tetrile was 4.1% by weight, and the repetition of this experiment in exact accordance with the prototype gave the yield of DND of ~ 0.76% by weight, that is, 5.4 times less. At the same time, the result of the authors of this application was also unexpected - the yield of DNA was up to 7.36% wt. with a blast in the water shell (10 times higher than with a blast without a shell).

Новый вариант синтеза ДНА из тетрила высокорентабелен, прост в техническом исполнении. 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.A new version of the synthesis of DND from tetryl is highly profitable, simple in technical design. 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.

Кроме того, подрыв тетрила в водной среде позволяет уменьшить ударное воздействие на стенки взрывной камеры, уменьшая количество несгораемых примесей в АШ и ДНА и увеличивая срок службы камеры. Это делает получающиеся продукты высококонкурентноспособными.In addition, undermining tetrile in an aqueous medium reduces the 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.The aqueous suspension of ASh is easily removed from the explosive chamber through the lower hatch and fed for further processing.

Важнейший показатель для дальнейшего использования ДНА - количество несгораемых примесей, которых образуется мало при использовании водной или водно-солевой бронировки - 0,37÷0,88% мас., что позволяет использовать такие ДНА для любых сфер применения, в том числе в медицине и биологии.The most important indicator for further use of DND is the amount of non-combustible impurities, which are formed a little when using water or water-salt reservation - 0.37 ÷ 0.88 wt.%, Which allows the use of such DND for any application, including in medicine and biology.

Выход АШ достаточно стабилен - ~11,5÷12,0% мас., если количество несгораемых примесей не превышает ~4,0% мас., то такие АШ можно использовать в гальванике, маслах и полимерной химии.The yield of AS is fairly stable - ~ 11.5 ÷ 12.0% by weight, if the amount of non-combustible impurities does not exceed ~ 4.0% by weight, then such AS can be used in electroplating, oils, and polymer chemistry.

Сущность способа поясняется примерами его осуществления.The essence of the method is illustrated by examples of its implementation.

Пример 1. Перед решением о возможности использования монопродукта тетрила, обязательно проверяется его термическая, химическая стойкость, чувствительность к удару и трению. Только после получения соответствующих данных можно прийти к решению о варианте формования заряда - плавлением или прессованием, или о невозможности использования данного вида ВВ в принципе.Example 1. Before deciding on the possibility of using a monoproduct of tetrile, it is necessary to check its thermal, chemical resistance, sensitivity to shock and friction. Only after obtaining the relevant data can one come to a decision about the option of forming a charge — by melting or pressing, or about the impossibility of using this type of explosive in principle.

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.

Figure 00000002
Figure 00000002

где Тнр - температура начала разложения;where T HP - the temperature of the beginning of decomposition;

Тнир - температура начала интенсивного разложения.T nir is the temperature of the onset of intense decomposition.

Вывод: данных Таблицы 2 недостаточно, необходимы исследования на измерительно-вычислительном комплексе «Вулкан-2000» (химическая стойкость). Испытания на химическую стойкость.Conclusion: the data of Table 2 is not enough, research is needed on the Vulkan-2000 measuring and computing complex (chemical resistance). Tests for chemical resistance.

Термическая стабильность (химическая стойкость) взрывчатых материалов определена по газовыделению в мм. рт.ст. на измерительно-вычислительном комплексе «Вулкан - 2000» при температуре 110°С за 14 часов без учета давления за первый час нагрева (среднее значение 3х параллельных опытов).Thermal stability (chemical resistance) of explosive materials is determined by gas evolution in mm. Hg at the Vulkan 2000 measuring and computing complex at a temperature of 110 ° C for 14 hours without taking into account the pressure for the first hour of heating (average value of 3 x parallel experiments).

Figure 00000003
Figure 00000003

Вывод: заряд из чистого тетрила можно получать прессованием, его отличает высокая химическая стойкость.Conclusion: a charge of pure tetrile can be obtained by pressing, it is distinguished by high chemical resistance.

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.

Figure 00000004
Figure 00000004

Вывод: тетрил имеет практически ту же чувствительность к механическим воздействиям, как и классический заряд ТГ-50, широко используемый для получения ДНА. Заряды тетрила можно изготавливать прессованием.Conclusion: tetrile has almost the same sensitivity to mechanical stress as the classic TG-50 charge, which is widely used to obtain DND. Tetrile charges can be made by compression.

Давление прессования тетрила в заряды использовали от 1400 до 2000 кг/см 2. Вес стандартного заряда 500 г, форма-цилиндр, имеющий диаметр 60 мм и высоту ~ 110 мм.The pressure of pressing tetrile into charges was used from 1400 to 2000 kg / cm 2 . The weight of a standard charge is 500 g, 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 an ordinary 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 Н2О 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 a 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 (the content of Н 2 О 75-85% by mass) 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=80-100атм.).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 ° С and p = 80-100 atm.).

Все эксперименты, представленные в табл. 1, оп. 6-11, выполнены по вышеуказанной в примере 1 методике.All experiments are presented in table. 1, op. 6-11, performed according to the above procedure in example 1.

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Разработка по применению тетрила была выполнена для промышленного использования. Качество полученного ДНА очень высокое и ожидается значительный спрос на «тетриловые» ДНА для гальваники (Cr-, 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 tetryl was made 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 (1)

Способ получения детонационных наноалмазов подрывом индивидуального взрывчатого вещества, отличающийся тем, что в качестве индивидуального взрывчатого вещества используют тетрил, при этом подрыв взрывчатого вещества осуществляют в водной оболочке или оболочке, содержащей 5%-ный водный раствор уротропина или Трилона Б, при массовом соотношении заряда взрывчатого вещества и оболочки, равном 1:(10-14), в среде газообразных продуктов детонации предыдущих подрывов взрывчатого вещества в качестве неокислительной среды.A method of producing detonation nanodiamonds by detonating an individual explosive, characterized in that tetryl is used as an individual explosive, while blasting is carried out in an aqueous shell or shell containing a 5% aqueous solution of urotropine or Trilon B, with a mass ratio of explosive charge substances and shell, equal to 1: (10-14), in the environment of gaseous detonation products of previous explosives as non-oxidizing medium.
RU2019106755A 2019-03-11 2019-03-11 Method of producing detonation nanodiamonds RU2712551C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106755A RU2712551C1 (en) 2019-03-11 2019-03-11 Method of producing detonation nanodiamonds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106755A RU2712551C1 (en) 2019-03-11 2019-03-11 Method of producing detonation nanodiamonds

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2712551C1 true RU2712551C1 (en) 2020-01-29

Family

ID=69625187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019106755A RU2712551C1 (en) 2019-03-11 2019-03-11 Method of producing detonation nanodiamonds

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2712551C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВЕРЕЩАГИН А.Л. Свойства детонационных наноалмазов, Барнаул, 2005, с. 10, 11. *
ДОЛМАТОВ В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение, Успехи химии, 2001, т. 70, no. 7, с. 687-708 *
ПЕТРОВ А.А. и др. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1973, с. 168, п. 2. *
ПЕТРОВ А.А. и др. Органическая химия. М.: 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. 687-708; ВЕРЕЩАГИН А.Л. Свойства детонационных наноалмазов, Барнаул, 2005, 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. 881-888. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101977878B (en) Method for diamond generation by detonation using detonation recipe with positive to neutral oxygen balance
Danilenko Specific features of synthesis of detonation nanodiamonds
RU2712551C1 (en) Method of producing detonation nanodiamonds
RU2703212C1 (en) Method of producing detonation nanodiamonds
RU2711599C1 (en) Method of producing detonation nanodiamonds
Guillevic et al. Optimization of an antisolvent method for RDX recrystallization: influence on particle size and internal defects
RU2354501C1 (en) Method of nickel aluminide or titanium aluminide-based powder materials production
An et al. GAP/DNTF based PBX explosives: A novel formula used in small sized explosive circuits
Wang et al. Insensitive energetic compounds: alkaline earth metal salts of 5, 5′-dinitramino-3, 3′-methylene-1 H-1, 2, 4-bistriazolate
Clark et al. Equilibria in the ammonium carbamate-urea-water system
Dolmatov et al. Development of a process for producing detonation nanodiamonds from tetryl and binary compositions based on it
Keicher et al. Lab-Scale synthesis of azido compounds: safety measures and analysis
Yang et al. Studies on the thermal behavior and safety of a novel thermostable explosive BPTAP
JPH06316411A (en) Polycrystalline bcn substance and production thereof
Li et al. Optimization of the synthesis parameters and analysis of the impact sensitivity for tetrazene explosive
CA2797115C (en) Alternative to tetrazene
Tunc et al. The Conversion Kinetics of Tincal to Boric Acid in Nitric Acid Solutions
US7438883B2 (en) High-pressure phase silicon nitride having a cubic spinel structure and the manufacturing method
US3002998A (en) Preparation of 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene
JP2009522190A5 (en)
CN103864035A (en) Trinitride and synthesis method thereof, and application thereof as heat-resisting initiating explosive
CN110082384B (en) Method for predicting time for generating holes or cracks by high-energy solid propellant grains through gas generation
Pepekin Tendencies in the development of studies of high explosives
Liu et al. Synthesis, crystal structure, and properties of a novel, highly sensitive energetic, coordination compound: iron (II) carbohydrazide perchlorate
CN113588397A (en) Pretreatment method for digesting soil sample by constant temperature shaking table