RU2264888C2 - Способ получения нанодисперсных порошков оксидов - Google Patents
Способ получения нанодисперсных порошков оксидов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2264888C2 RU2264888C2 RU2003137349/02A RU2003137349A RU2264888C2 RU 2264888 C2 RU2264888 C2 RU 2264888C2 RU 2003137349/02 A RU2003137349/02 A RU 2003137349/02A RU 2003137349 A RU2003137349 A RU 2003137349A RU 2264888 C2 RU2264888 C2 RU 2264888C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- reactor
- reducing agent
- pulsed
- nano
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 claims description 8
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 7
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 6
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 abstract 1
- OTCVAHKKMMUFAY-UHFFFAOYSA-N oxosilver Chemical class [Ag]=O OTCVAHKKMMUFAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- -1 metalloid tetrachloride Chemical class 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 2
- KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-2,2-bis(chloromethyl)propane Chemical compound ClCC(CCl)(CCl)CCl KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-VVKOMZTBSA-N Dideuterium Chemical compound [2H][2H] UFHFLCQGNIYNRP-VVKOMZTBSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 208000018459 dissociative disease Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002738 metalloids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N silicon tetrachloride Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)Cl FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению нанодисперсных порошков оксида металла серебра. В предложенном способе, включающем подачу в реактор галогенида металла и восстановителя в газообразных состояниях, обработку смеси газов в объеме реактора энергетическим воздействием, согласно изобретению в реактор до обработки смеси газов подают кислород и инициируют цепной химический процесс импульсным энергетическим воздействием с длительностью не более 10-5 секунды. Обеспечивается снижение энергоемкости процесса. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к химической и технической физике, металлургии и предназначено для получения нанодисперсных порошков оксида металла.
Известен способ (патент RU №2119454, МПК6 С 01 G 1/02, опубл. 27.09.1998 г.) получения высокодисперсных порошков оксидов, в котором производится распыление жидкого тетрахлорида металла или металлоида в кислородсодержащий плазменный теплоноситель. Распыление тетрахлорида металла или металлоида в кислородсодержащий газ производится при отношении массового расхода кислорода к массовому расходу тетрахлорида металла или металлоида не менее половины стехиометрически необходимого количества.
Недостатком данного способа является необходимость нагревания кислородсодержащего газа-теплоносителя, что требует значительных энергозатрат. Например, при процессе получения высокодисперсного оксида титана требуется нагрев кислородсодержащего газа-теплоносителя до температуры 4000-5000 К. Кроме того, нагрев стенок реактора ведет к загрязнению конечных продуктов технологического процесса материалом стенок реактора и продуктами десорбции.
Наиболее близким к предлагаемому способу является выбранный за прототип способ проведения химических реакций (патент RU №2118912, МПК 6 В 03 С 3/00, опубл. 20.09.1998 г.). Способ включает подачу исходных веществ в газообразном состоянии в область барьерного электрического разряда и обработку смеси газов в объеме реактора энергетическим воздействием. Снижение энергоемкости процесса синтеза нитридов, оксидов и получения высокодисперсных порошков из газовой фазы достигается за счет того, что энергия поступательных степеней свободы (или фактор температуры) в указанных процессах при преодолении активационного барьера заменяется на энергию колебательных степеней свободы.
Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса, требующая вложения в реагирующие компоненты полной энергии их диссоциации.
Основным техническим результатом предложенного решения является разработка экономичного способа получения нанодисперсных порошков оксида металла. Экспериментально получено снижение энергоемкости более чем в 100 раз.
Основной технический результат достигается тем, что в способе получения нанодисперсных порошков оксидов, включающем подачу в реактор галогенида металла и восстановителя в газообразных состояниях, обработку смеси газов в объеме реактора энергетическим воздействием, согласно предложенному решению до обработки смеси газов в реактор подают кислород и импульсным энергетическим воздействием с длительностью не более 10-5 секунды инициируют цепной химический процесс.
Кроме того, в качестве восстановителя используют молекулярный водород или дейтерий.
Целесообразно в качестве энергетического воздействия использовать импульсное лазерное или некогерентное излучение с энергией кванта излучения, превышающей энергию диссоциации молекулы галогенида металла или молекулы восстановителя.
Также целесообразно в качестве энергетического воздействия использовать импульсный электронный пучок, энергия электронов которого превышает энергию диссоциации молекулы галогенида металла или молекулы восстановителя.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявляемого способа отсутствуют. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения показали, они не следуют явным образом из уровня техники.
Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Пример конкретного выполнения. На чертеже приведена схема установки для получения нанодисперсных порошков оксида металла. Она состоит из трубки 1 для подачи галогенида металла, реактора 2, трубки 3 для подачи восстановителя, трубки 4 для подачи кислорода, окна 5 для ввода импульсного энергетического воздействия, окна 6 для сбора порошка, трубки 7 для вывода побочных продуктов и 8 источника импульсного энергетического воздействия.
Способ осуществляется следующим образом.
Галогенид металла в газообразном состоянии подают через трубку 1 в объем реактора 2. Через трубку 3 в объем реактора подают восстановитель в газообразном состоянии. Через трубку 4 в объем реактора подают кислород. Через окно 5 на смесь газов в реакторе производится импульсное энергетическое воздействие. Продукты реакции в виде мелкодисперсного порошка собираются на дне реактора и удаляются через окно 6. Побочные продукты реакции в газообразном состоянии (HCl, HF, Н2О и др.) удаляются через трубку 7.
При воздействии импульсного сильноточного электронного пучка с параметрами: энергия электронов 450-500 кэВ, ток пучка 5-6 кА, длительность импульса 50-60 нс, на смесь галогенида кремния (SiCl4), водорода и кислорода протекают реакции диссоциации галогенида кремния (SiCl4) или водорода электронным ударом:
цепные реакции окисления водорода:
Н2+O2=2OH
ОН+Н2=H2О+Н
Н+O2=ОН+O
O+Н2=ОН+Н
Н+O2+М=HO2+М
HO2+Н2=Н2O2+Н
HO2+Н2O=H2O2+ОН
а также реакции синтеза диоксида кремния:
SiCl4+2H2O=SiO2+4HCl
SiCl4+4OH→SiO2+4HCl+O2
Процесс получения порошков оксида металла осуществляется как в цикличном режиме (напуск газа→облучение→откачка побочных продуктов реакции в газообразном состоянии), так и в непрерывном (проточном режиме). Получено, что время цепной реакции и реакции синтеза SiO2 составляет 5-10 мкс, в связи с этим время воздействия выбрали не более 10 мкс, т.к. при большем времени воздействия происходит разложение необходимых продуктов реакции.
Энергия диссоциации тетрахлорида кремния равна 635 кДж/моль (Лапидус И.И., Нисельсон Л. А. Тетрахлорсилан и трихлорсилан. М.: Химия, 1970, с.83). При использовании в качестве импульсного энергетического воздействия сильноточного электронного пучка наносекундной длительности, с энергией электронного пучка 100 Дж, за импульс получено, что энергозатраты электронного пучка на синтез диоксида кремния из тетрахлорида кремния составили 6.2 кДж/моль. Следовательно, длина цепной реакции окисления водорода и получения нанодисперсного порошка диоксида кремния более 100, что позволяет более чем в 100 раз снизить энергоемкость технологического процесса получения порошка диоксида кремния.
Кроме того, заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет также снизить энергоемкость за счет следующего:
1) использования в качестве восстановителя в газообразном состоянии молекулярного дейтерия;
2) использования в качестве импульсного энергетического воздействия импульсного лазерного или некогерентного излучения с энергией кванта излучения, превышающей энергию диссоциации молекулы галогенида или молекулы восстановителя. Энергия кванта должна превышать 4 эВ (h·с/λ>4 эВ). Следовательно, длина волны импульсного лазерного или некогерентного излучения должна быть не больше 0,3 мкм;
3) использования в качестве импульсного энергетического воздействия импульсного электронного пучка, энергия электронов которого превышает энергию диссоциации молекулы галогенида или молекулы восстановителя (4 эВ).
Предложенный способ применим для получения нанодисперсных порошков оксида металла (Al2О3, TiO2, SiO2 и др.) из их галогенида в газообразном состоянии.
Claims (4)
1. Способ получения нанодисперсных порошков оксида металла, включающий подачу в реактор галогенида металла и восстановителя в газообразных состояниях, обработку смеси газов в объеме реактора энергетическим воздействием, отличающийся тем, что в реактор до обработки смеси газов подают кислород и инициируют цепной химический процесс импульсным энергетическим воздействием с длительностью не более 10-5 с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют молекулярный водород или дейтерий.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве энергетического воздействия используют импульсное лазерное или некогерентное излучение с энергией кванта излучения, превышающей энергию диссоциации молекулы галогенида или молекулы восстановителя.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве энергетического воздействия используют импульсный электронный пучок, энергия электронов которого превышает энергию диссоциации молекулы галогенида или молекулы восстановителя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137349/02A RU2264888C2 (ru) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Способ получения нанодисперсных порошков оксидов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137349/02A RU2264888C2 (ru) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Способ получения нанодисперсных порошков оксидов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003137349A RU2003137349A (ru) | 2005-07-20 |
| RU2264888C2 true RU2264888C2 (ru) | 2005-11-27 |
Family
ID=35842089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003137349/02A RU2264888C2 (ru) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Способ получения нанодисперсных порошков оксидов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2264888C2 (ru) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353573C2 (ru) * | 2006-12-18 | 2009-04-27 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Способ получения нанопорошков и устройство для его реализации |
| RU2362652C1 (ru) * | 2008-06-04 | 2009-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ получения ультрадисперсных порошков |
| RU2412784C2 (ru) * | 2009-02-03 | 2011-02-27 | Андрей Валерьевич Номоев | Способ получения композитных нанопорошков |
| RU2432231C2 (ru) * | 2009-07-08 | 2011-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Бардаханов" | Способ получения металлических наноразмерных порошков |
| RU2487837C2 (ru) * | 2007-10-12 | 2013-07-20 | Кронос Интернациональ, Инк. | Способ получения частиц диоксида титана и частица диоксида титана |
| RU2686150C1 (ru) * | 2018-11-29 | 2019-04-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Установка плазмохимического синтеза наноразмерных порошков и используемый в ней циклон |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4337336C1 (de) * | 1993-11-02 | 1994-12-15 | Starck H C Gmbh Co Kg | Feinteilige Metall-, Legierungs- und Metallverbindungspulver |
| RU2118912C1 (ru) * | 1994-04-12 | 1998-09-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Институт экологических проблем и новых технологий" | Способ проведения плазмохимических реакций (варианты) |
-
2003
- 2003-12-24 RU RU2003137349/02A patent/RU2264888C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4337336C1 (de) * | 1993-11-02 | 1994-12-15 | Starck H C Gmbh Co Kg | Feinteilige Metall-, Legierungs- und Metallverbindungspulver |
| RU2118912C1 (ru) * | 1994-04-12 | 1998-09-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Институт экологических проблем и новых технологий" | Способ проведения плазмохимических реакций (варианты) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353573C2 (ru) * | 2006-12-18 | 2009-04-27 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Способ получения нанопорошков и устройство для его реализации |
| RU2487837C2 (ru) * | 2007-10-12 | 2013-07-20 | Кронос Интернациональ, Инк. | Способ получения частиц диоксида титана и частица диоксида титана |
| RU2362652C1 (ru) * | 2008-06-04 | 2009-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ получения ультрадисперсных порошков |
| RU2412784C2 (ru) * | 2009-02-03 | 2011-02-27 | Андрей Валерьевич Номоев | Способ получения композитных нанопорошков |
| RU2432231C2 (ru) * | 2009-07-08 | 2011-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Бардаханов" | Способ получения металлических наноразмерных порошков |
| RU2686150C1 (ru) * | 2018-11-29 | 2019-04-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Установка плазмохимического синтеза наноразмерных порошков и используемый в ней циклон |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003137349A (ru) | 2005-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Oinuma et al. | Controlled plasma–droplet interactions: a quantitative study of OH transfer in plasma–liquid interaction | |
| Eliasson et al. | Ozone generation with narrow–band UV radiation | |
| Chen et al. | Doped semiconductor nanomaterials | |
| JP5114198B2 (ja) | 水素化合物を含有する四塩化珪素または四塩化ゲルマニウムを精製する方法および装置 | |
| Pflieger et al. | Effect of NaCl salt on sonochemistry and sonoluminescence in aqueous solutions | |
| Xu et al. | In situ formation of nano-CdSe as a photocatalyst: cadmium ion-enhanced photochemical vapour generation directly from Se (VI) | |
| JPWO2015198608A1 (ja) | 相界面反応を用いた反応生成物製造方法及び相界面反応装置、ならびに二次反応生成物製造方法 | |
| Nayak et al. | Plasma-droplet interaction study to assess transport limitations and the role of⋅ OH, O⋅, H⋅, O2 (a 1Δg), O3, He (23 S) and Ar (1s 5) in formate decomposition | |
| Indumathy et al. | Catalyst-free production of ammonia by means of interaction between a gliding arc plasma and water surface | |
| RU2264888C2 (ru) | Способ получения нанодисперсных порошков оксидов | |
| Heneral et al. | Atmospheric pressure plasma jets generated by the DBD in argon-air, helium-air, and helium-water vapour mixtures | |
| Barwe et al. | Silicon nanoparticle formation depending on the discharge conditions of an atmospheric radio-frequency driven microplasma with argon/silane/hydrogen gases | |
| JP3967376B2 (ja) | フッ化カルボニルの製造 | |
| Tanskanen et al. | Matrix isolation and ab initio study of the HXeCCH⋯ CO2 complex | |
| EP0379360A2 (en) | Method for the preparation of fine particulate metal-containing compound | |
| WO2016063302A2 (en) | Process for combustion of nitrogen for fertilizer production | |
| RU2228239C2 (ru) | Способ прямого восстановления галогенидов | |
| Narayan et al. | Laser-assisted synthesis of ultra small metal nanoparticles | |
| Chernyak et al. | Plasma catalysis of chemical reactions | |
| RU2526552C1 (ru) | Способ получения наноразмерных оксидов металлов из металлоорганических прекурсоров | |
| Braun et al. | Aspects of ozone generation from air | |
| JPH0226538B2 (ru) | ||
| Pflieger et al. | Sonoluminescence | |
| Nikitenko | Sonochemistry in light of third reactivity paradigm | |
| Lukes et al. | Role of solution conductivity in the electron impact dissociation of H2O induced by plasma processes in the pulsed corona discharge in water |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051225 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080710 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20110525 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171225 |