[go: up one dir, main page]

RU2109682C1 - Способ промышленного производства фуллеренов методом пиролиза - Google Patents

Способ промышленного производства фуллеренов методом пиролиза Download PDF

Info

Publication number
RU2109682C1
RU2109682C1 RU97106312/25A RU97106312A RU2109682C1 RU 2109682 C1 RU2109682 C1 RU 2109682C1 RU 97106312/25 A RU97106312/25 A RU 97106312/25A RU 97106312 A RU97106312 A RU 97106312A RU 2109682 C1 RU2109682 C1 RU 2109682C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fullerenes
carried out
synthesis
pyrolysis
frequency
Prior art date
Application number
RU97106312/25A
Other languages
English (en)
Other versions
RU97106312A (ru
Inventor
Виктор Иванович Петрик
Original Assignee
Виктор Иванович Петрик
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 Виктор Иванович Петрик filed Critical Виктор Иванович Петрик
Priority to RU97106312/25A priority Critical patent/RU2109682C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2109682C1 publication Critical patent/RU2109682C1/ru
Publication of RU97106312A publication Critical patent/RU97106312A/ru

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано при производстве фуллеренов в промышленном масштабе. Ароматические углеводороды помещают в электропроводный металлический контейнер. Размещают в вакуумированной или заполненной аргоном в камере. На коллекторы подают переменный электрический ток с частотой 4 - 10 кГц. Нагревают до 500 - 2000oС. Дополнительно воздействуют ультразвуком мощностью 1,5 ± 0,2 кВт, частотой 22 ± 5 кГц и/или магнитным полем магнетрона. Регулировкой частоты переменного тока получают заданное соотношение фракций фуллеренов (С60, С70 и других). Повышается производительность, уменьшаются отходы, очистка и разделение фуллеренов обеспечиваются в процессе синтеза. 9 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к процессам промышленного синтеза и разделения фуллеренов.
Впервые синтез фуллеренов был описан как процесс испарения графитовых электродов при резистивном нагреве или в дуге в атмосфере инертного газа (Kraetsmer, et. al., "Solid C60: A new form of carbon", Nature, Vol. 247, р. 354-357, on Sep. 27, 1990; "Production, characterization, and deposition of carbon clusters", Y.K. Bae, et. al., Clasters claster-assem.mater., 1991, р. 733-741 (Mater.res.soc.symp.proc., Vol. 206). Этот способ позволяет производить около 1 г смеси фуллеренов в 1 ч при содержании фуллеренов в саже до 15%.
Известны способы синтеза фуллереносодержащей сажи пиролизом и сжиганием ароматических углеводородов ("Calculated equilibrum yields of C60 from hidrocarbon pyrolysis and combustion", J.T.McKinnon, J. Phys.Chem.,1991, Vol. 95, N 22, р. 8941-8944; "Formation of C60 by pyrolysis of naphthalene", R.Taylor, et. al., Nature, 1993, Vol. 366, N 6457, p.728-731; "Production of C60 and C70 fullerenes in benzene/oxigen flames", J.B. Howard, et. al., J. Phys.Chem., 1992, Vol 96, N 16, р. 6657-6662; "Pyrolysis of KH carbon residues: a method of further production of fullerenes and specific formstion of C84", J. V. Weber, et. al., J.Anal. Appl. Pyrolysis, 1994, Vol. 29, N 1, р. 1-14),
Наиболее близким к заявленному является способ получения фуллеренов, заключающийся в том, что один или более из произвольно заменяемых ароматических углеводородов подвергают пиролизу при 500 -3000oC в атмосфере инертного газа или в вакууме [2].
Указанные выше технологии позволяют получать лишь малые количества фуллеренов, которые могут быть использованы только в экспериментальных целях. Получение фуллеренов в значительных количествах, удовлетворяющих потребности промышленности, указанными способами невозможно. Кроме того, в процессе получения фуллеренов не обеспечивается их очистка и разделение.
Технической задачей изобретения является обеспечение возможности получения фуллеренов в количествах, удовлетворяющих потребности промышленности, путем повышения производительности процесса синтеза фуллеренов, а также уменьшение отходов при производстве фуллеренов. Технической задачей изобретения является также обеспечение очистки и разделения фуллеренов в процессе их синтеза.
Поставленная задача решается тем, что в способе производства фуллеренов, включающем образование углеродных кластеров с плоской гексагональной структурой путем пиролиза ароматических углеводородов в вакууме или инертном газе, синтез из них молекул фуллеренов и сбор молекул фуллеренов, синтез производят во встречно направленных и/или пересекающихся потоках углеродных кластеров.
В частном случае выполнения пиролиз проводят путем индукционного нагрева токами высокой частоты открытого металлического контейнера с помещенными в него углеводородами, а встречную направленность и/или пересечение потоков углеродных кластеров обеспечивают пересекающимися магнитными полями, создаваемыми токами высокой частоты и переменным электрическим током, подаваемым на коллекторы, расположенными со стороны открытой части контейнера.
В частном случае синтезированные фуллерены отводят по трубопроводу в потоке горячего аргона, который пропускают через фильтр, прозрачный только для фуллеренов, а сбор молекул фуллеренов производят осаждением или конденсацией в сборнике.
В частном случае индукционный нагрев металлического контейнера с помещенными в него углеводородами осуществляют до 500 - 2000oC.
В частности, на коллекторы подают переменный электрический ток с частотой 4-10 кГц.
Для увеличения выхода фуллеренов на контейнер с углеводородами в процессе пиролиза воздействуют энергией ультразвукового поля.
В частности, ультразвуковое поле имеет мощность 1,5±0,2 КВт и частоту 22±5КГц.
Синтез фуллеренов можно производить в заданном процентном соотношении фракций.
В частности, синтез фуллеренов в заданном процентном соотношении фракций производят изменением частоты электрического тока, подаваемого на коллекторы, от 4 до 10 кГц.
С целью увеличения возможностей пересечения потоков углеродных кластеров синтез фуллеренов производится в магнитном поле магнетрона.
В частном случае в качестве инертного газа используется аргон.
Способ реализуется следующим образом.
Первичным строительным материалом для фуллеренов являются плоские гексагоны C6, образующиеся при пиролизе ароматических углеводородов.
Наилучшие условия синтеза фуллеренов достигаются в том случае, если организованы встречные и/или пересекающиеся потоки низкоэнергетических кластеров углерода.
Способом создания таких потоков является воздействие пересекающихся магнитных полей, которые образуются при использовании индукционного способа нагрева ароматических углеводородов при осуществлении пиролиза и пропускании переменного электрического тока через коллекторы, в зоне которых происходит формирование молекул фуллеренов.
Для реализации данного способа исходный материал (ароматические углеводороды) помещается в электропроводный металлический контейнер, размещенный в вакуумированной или заполненной инертным газом камере, а на пути испаряющегося углерода помещается коллектор в виде пластин, на которые подается переменный электрический ток. При этом температура индукционного нагрева выбирается из условия достижения лабильности в органических молекулах прочных углерод-углеродных и углерод-водородных связей, что составляет около 500oC. Верхняя граница температуры индукционного нагрева - 2000oC - обусловлена необходимым для образования углеродных кластеров энергетическим воздействием на вещество, которое значительно ниже, чем это требуется для атомизации. При дальнейшем повышении температуры ускоряется распад не только исходных молекул, но и первично образующихся из них фрагментов - плоских гексагонов. При высоких температурах увеличивается также равновероятность реакций, а следовательно, уменьшается селективность процесса.
Как показывают опыты, оптимальными частотами электромагнитного поля, создающего встречные и/или пересекающиеся потоки углеродных кластеров, являются частоты из диапазона 4 - 10 кГц. При этом создается возможность управления селективностью процесса синтеза фуллеренов, т.к. при изменении указанной частоты изменяется содержание фуллеренов C60, C70 и др. в общей массе полученных фуллеренов.
Для увеличения выхода фуллеренов помещенные в контейнер углеводороды приводят в колебания со звуковой или сверхзвуковой частотой. По-видимому, это явление обусловлено образованием стоячих волн в атмосфере паров углерода, что улучшает условия взаимодействия кластеров друг с другом. Оптимальными параметрами ультразвукового поля, как установлено экспериментально, является мощность 1,5±0,2 КВт и частота 22±5 кГц.
Встречно направленные и пересекающиеся потоки углеродных кластеров могут быть организованы в среде аргона. Ионизированная под воздействием высоких температур среда инертного газа позволяет создавать дополнительные условия для обеспечения взаимодействия углеродных кластеров при соударениях их с ионами инертного газа (аргона).
После осуществления цикла синтеза фуллеренов из камеры фуллерены отводят по трубопроводу в потоке горячего аргона. На пути потока установлен фильтр, пропускающий только фуллерены, после чего производят осаждение или конденсацию фуллеренов в сборнике.
Для повышения возможности взаимодействия углеродных кластеров может использоваться также магнитное поле магнетрона, т.е. встречно направленные и пересекающиеся потоки углеродных кластеров могут быть организованы за счет трех пересекающихся магнитных полей. Для этого катушка кольцевого магнетрона располагается относительно контейнера и коллекторов таким образом, что на потоки углеродных кластеров, помимо магнитных полей, создаваемых токами индукционного нагрева и током коллектора, воздействует магнитное поле магнетрона.
Фуллерены, существование которых было установлено в середине 80-ых годов, а эффективная технология получения разработана в 1990 г., имеют большое прикладное значение.
Интерес к исследованиям фуллеренов связан, с одной стороны, широким разнообразием новых физико-химических явлений, которые происходят при участии фуллеренов, а, с другой стороны, - многообразными перспективами прикладного использования этого нового класса веществ.
Результаты исследований, выполненных в последние годы, указывают на значительные перспективы использования фуллеренов и материалов на их основе в различных областях науки и технологии. Так, использование фуллеренов в качестве присадки к смазочному маслу существенно, до 10 раз, снижает коэффициент трения металлических поверхностей и соответственно повышает износостойкость деталей и агрегатов. Фуллерены могут использоваться также в качестве основы для производства аккумуляторных батарей, обладающих более высокой эффективностью, малым весом, а также экологической и санитарной безопасностью по сравнению с современными аккумуляторами.
Активно разрабатываются также другие возможности коммерческих применений фуллеренов, связанные, в частности, с разработкой новых композиционных материалов, созданием красителей для копировальных аппаратов, фотоприемников, элементов памяти и оптоэлектронных устройств, алмазных и алмазоподобных пленок, лекарственных препаратов, сверхпроводящих материалов и др. Особого внимания заслуживает проблема использование фуллеренов в медицине и фармакологии, особенно идея создания противораковых препаратов на основе водорастворимых соединений фуллеренов.
В настоящее время широкое внедрение технологий, использующих фуллереносодержащие материалы, затруднено в связи с относительно высокой стоимостью этих материалов.
Предлагаемый способ производства фуллеренов не имеет принципиальных ограничений по производительности и обеспечивает безотходный и экологически чистый процесс синтеза фуллеренов. Сырьем для производства фуллеренов данным способом могут служить продукты переработки нефти и природного газа.

Claims (10)

1. Способ производства фуллеренов, включающий образование углеродных кластеров с плоской гексагональной структурой путем пиролиза ароматических углеводородов в вакууме или инертном газе, синтез из них молекул фуллеренов и сбор молекул фуллеренов, отличающийся тем, что синтез производят во встречно направленных и/или пересекающихся потоках углеродных кластеров.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пиролиз проводят путем индукционного нагрева токами высокой частоты открытого металлического контейнера с помещенными в него углеводородами, а встречную направленность и/или пересечение потоков углеродных кластеров обеспечивают пересекающимися магнитными полями, создаваемыми токами высокой частоты и переменным электрическим током, подаваемым на коллекторы, расположенные со стороны открытой части контейнера.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что синтезированные фуллерены отводят по трубопроводу в потоке горячего аргона, который пропускают через фильтр, прозрачный только для фуллеренов, а сбор молекул фуллеренов производят осаждением или конденсацией в сборнике.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что индукционный нагрев металлического контейнера с помещенными в него углеводородами осуществляют до температуры 500 - 2000oС.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что на коллекторы подают переменный электрический ток с частотой 4 - 10 кГц.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что синтез фуллеренов производят в заданном соотношении фракций.
7. Способ по п.2, отличающийся тем, что на контейнер с углеводородами в процессе пиролиза воздействуют энергией ультразвукового поля.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что ультразвуковое поле имеет мощность 1,5 ± 0,2 кВт и частоту 22 ± 5 кГц.
9. Способ по любому из пп.2 - 8, отличающийся тем, что синтез фуллеренов производится в магнитном поле магнетрона.
10. Способ по любому из пп.2 - 9, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используется аргон.
RU97106312/25A 1997-04-25 1997-04-25 Способ промышленного производства фуллеренов методом пиролиза RU2109682C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97106312/25A RU2109682C1 (ru) 1997-04-25 1997-04-25 Способ промышленного производства фуллеренов методом пиролиза

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97106312/25A RU2109682C1 (ru) 1997-04-25 1997-04-25 Способ промышленного производства фуллеренов методом пиролиза

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2109682C1 true RU2109682C1 (ru) 1998-04-27
RU97106312A RU97106312A (ru) 1998-09-20

Family

ID=20192136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97106312/25A RU2109682C1 (ru) 1997-04-25 1997-04-25 Способ промышленного производства фуллеренов методом пиролиза

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2109682C1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146647C1 (ru) * 1998-08-05 2000-03-20 Санкт-Петербургский государственный горный институт им.Г.В.Плеханова (технический университет) Способ получения фуллеренов
RU2184700C2 (ru) * 2000-02-25 2002-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЛЕДА" Технический комплекс для производства фуллеренов
RU2187456C2 (ru) * 2000-04-25 2002-08-20 Плугин Александр Илларионович Технический комплекс для производства фуллеритов
US7842271B2 (en) 2004-12-07 2010-11-30 Petrik Viktor I Mass production of carbon nanostructures
WO2022039711A1 (ru) * 2020-08-18 2022-02-24 Михаил Вадимович ЕЛИПАШЕВ Способ для производства фуллереносодержащей сажи и оборудование для его осуществления

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146647C1 (ru) * 1998-08-05 2000-03-20 Санкт-Петербургский государственный горный институт им.Г.В.Плеханова (технический университет) Способ получения фуллеренов
RU2184700C2 (ru) * 2000-02-25 2002-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЛЕДА" Технический комплекс для производства фуллеренов
RU2187456C2 (ru) * 2000-04-25 2002-08-20 Плугин Александр Илларионович Технический комплекс для производства фуллеритов
US7842271B2 (en) 2004-12-07 2010-11-30 Petrik Viktor I Mass production of carbon nanostructures
WO2022039711A1 (ru) * 2020-08-18 2022-02-24 Михаил Вадимович ЕЛИПАШЕВ Способ для производства фуллереносодержащей сажи и оборудование для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU678393B2 (en) Methods and apparati for producing fullerenes
RU2085484C1 (ru) Способ и устройство для производства фуллеренов
RU2086503C1 (ru) Способ промышленного производства фуллеренов
Hirsch et al. Fullerenes: chemistry and reactions
RU97102325A (ru) Способ промышленного производства фуллеренов
Moreno-Couranjou et al. A non-thermal plasma process for the gas phase synthesis of carbon nanoparticles
Kim et al. Continuous synthesis of nanostructured sheetlike carbons by thermal plasma decomposition of methane
RU96122306A (ru) Способ и устройство для производства фуллеренов
HUP0103934A2 (hu) Hidrogén tárolására alkalmazható szénközeg
RU2414418C2 (ru) Способ получения водорода и углеродных нанотрубок из углеводородного газа
Omurzak et al. Synthesis method of nanomaterials by pulsed plasma in liquid
RU2109682C1 (ru) Способ промышленного производства фуллеренов методом пиролиза
Qiu et al. Preparation of fullerenes using carbon rods manufactured from Chinese hard coals
CN105779050B (zh) 使用化学反应器中的旋转/分离系统将天然气转化成液态
Fulcheri et al. Plasma-based conversion of methane into hydrogen and carbon black
RU2234176C2 (ru) Защитный экран от воздействия электромагнитного излучения и способ его изготовления
RU2317943C2 (ru) Способ получения углерода и водорода из углеводородного газа и устройство для его осуществления
Li et al. Surface modification by CO2 plasma boosting core shells structural Fe/Fe3C/FeN@ graphite carbon nanoparticles toward high performance microwave absorber
Bogdanov et al. Development prospects of the commercial production of fullerenes
Wang et al. Highly Efficient Recycling Waste Plastic into Hydrogen and Carbon Nanotubes through a Double Layer Microwave‐Assisted Pyrolysis Method
Kharlamov et al. New low-temperature method for joint synthesis of C60 fullerene and new carbon molecules in the form of C3-C15 and quasi-fullerenes C48, C42, C40
Fabry et al. Synthesis of carbon blacks and fullerenes from carbonaceous wastes by 3-phase AC thermal plasma
US8216542B2 (en) Method for separating nanotubes using microwave radiation
Fulcheri et al. The influence of the carbon precursor, carbon feed rate and helium gas flow rate on the synthesis of fullerenes from carbon powder in an entrained flow 3-phase AC plasma reactor operating at atmospheric pressure
RU97106312A (ru) Способ промышленного производства фуллеренов методом пиролиза

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040426

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20070610