RU2362732C2 - Method of receiving of carbon-bearing nano-materials - Google Patents
Method of receiving of carbon-bearing nano-materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2362732C2 RU2362732C2 RU2007121020/15A RU2007121020A RU2362732C2 RU 2362732 C2 RU2362732 C2 RU 2362732C2 RU 2007121020/15 A RU2007121020/15 A RU 2007121020/15A RU 2007121020 A RU2007121020 A RU 2007121020A RU 2362732 C2 RU2362732 C2 RU 2362732C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interface
- voltage
- liquid
- carbon
- benzene
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 63
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 115
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 48
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 32
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 45
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 8
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 4
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 3
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 claims description 3
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000003708 ampul Substances 0.000 claims description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 32
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 30
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 abstract 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 21
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 17
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 17
- GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N fluoranthene Chemical compound C1=CC(C2=CC=CC=C22)=C3C2=CC=CC3=C1 GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 14
- YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N phenanthrene Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3C=CC2=C1 YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 11
- ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N diphenyl Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- -1 for example Substances 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 9
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N pyrene Chemical compound C1=CC=C2C=CC3=CC=CC4=CC=C1C2=C43 BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 description 7
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 7
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000010290 biphenyl Nutrition 0.000 description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Chemical compound [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 125000004054 acenaphthylenyl group Chemical group C1(=CC2=CC=CC3=CC=CC1=C23)* 0.000 description 4
- HXGDTGSAIMULJN-UHFFFAOYSA-N acetnaphthylene Natural products C1=CC(C=C2)=C3C2=CC=CC3=C1 HXGDTGSAIMULJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 4
- 230000026030 halogenation Effects 0.000 description 4
- 238000005658 halogenation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- XJKSTNDFUHDPQJ-UHFFFAOYSA-N 1,4-diphenylbenzene Chemical group C1=CC=CC=C1C1=CC=C(C=2C=CC=CC=2)C=C1 XJKSTNDFUHDPQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000005605 benzo group Chemical group 0.000 description 3
- BMZTYILRNHCUBV-UHFFFAOYSA-N benzo[a]azulene Chemical compound C1=CC=CC=C2C=C(C=CC=C3)C3=C21 BMZTYILRNHCUBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229930184652 p-Terphenyl Natural products 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 3
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 3
- 239000011698 potassium fluoride Substances 0.000 description 3
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 3
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 3
- ZGEGCLOFRBLKSE-UHFFFAOYSA-N 1-Heptene Chemical compound CCCCCC=C ZGEGCLOFRBLKSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KVQVGSDBGJXNGV-UHFFFAOYSA-N 2-methyloctadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC(C)C KVQVGSDBGJXNGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SLOLMTWBBAFOKJ-UHFFFAOYSA-N anthracene-1,2,3-triol Chemical compound C1=CC=C2C=C(C(O)=C(C(O)=C3)O)C3=CC2=C1 SLOLMTWBBAFOKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 125000002529 biphenylenyl group Chemical group C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3C12)* 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N fluorene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 238000001869 matrix assisted laser desorption--ionisation mass spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- YKNWIILGEFFOPE-UHFFFAOYSA-N n-pentacosane Natural products CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC YKNWIILGEFFOPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VBEGHXKAFSLLGE-UHFFFAOYSA-N n-phenylnitramide Chemical compound [O-][N+](=O)NC1=CC=CC=C1 VBEGHXKAFSLLGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- RXXCIBALSKQCAE-UHFFFAOYSA-N 3-methylbutoxymethylbenzene Chemical compound CC(C)CCOCC1=CC=CC=C1 RXXCIBALSKQCAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRJUFUBKIFIKFI-UHFFFAOYSA-N 4-ethyloctane Chemical compound CCCCC(CC)CCC NRJUFUBKIFIKFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATLMFJTZZPOKLC-UHFFFAOYSA-N C70 fullerene Chemical compound C12=C(C3=C4C5=C67)C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C(C%14=C%15C%16=%17)=C%18C%19=C%20C%21=C%22C%23=C%24C%21=C%21C(C=%25%26)=C%20C%18=C%12C%26=C%10C8=C4C=%25C%21=C5C%24=C6C(C4=C56)=C%23C5=C5C%22=C%19C%14=C5C=%17C6=C5C6=C4C7=C3C1=C6C1=C5C%16=C3C%15=C%13C%11=C4C9=C2C1=C34 ATLMFJTZZPOKLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WTKZEGDFNFYCGP-UHFFFAOYSA-N Pyrazole Chemical compound C=1C=NNC=1 WTKZEGDFNFYCGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003849 aromatic solvent Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VBEKGXAPCZTFJW-UHFFFAOYSA-N benzene;octane Chemical compound C1=CC=CC=C1.CCCCCCCC VBEKGXAPCZTFJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRXXLCKWQFKACW-UHFFFAOYSA-N biphenylacetylene Chemical group C1=CC=CC=C1C#CC1=CC=CC=C1 JRXXLCKWQFKACW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 150000001923 cyclic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 229920003238 fullerene-containing polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001698 laser desorption ionisation Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000000816 matrix-assisted laser desorption--ionisation Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 235000007715 potassium iodide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии синтеза углеродсодержащих материалов и может быть использовано для производства фуллеренов, нанотрубок и других наноматериалов и их производных, которые находят все более широкое применение в наноэлектронике, в аналитической химии для получения сенсоров и нанохимии, биологии и медицине, для получения фуллеренсодержащих полимеров и жидких кристаллов.The invention relates to a technology for the synthesis of carbon-containing materials and can be used to produce fullerenes, nanotubes and other nanomaterials and their derivatives, which are increasingly used in nanoelectronics, in analytical chemistry to obtain sensors and nanochemistry, biology and medicine, to obtain fullerene-containing polymers and liquid crystals.
К традиционным методам производства фуллеренов, например, относятся метод лазерного испарения, дугового испарения, метод высокочастотного индукционного нагрева, метод сжигания, пиролиз и т.п.Traditional methods for the production of fullerenes, for example, include laser evaporation, arc evaporation, high-frequency induction heating, combustion, pyrolysis, etc.
Известен способ получения фуллеренов, использующий дуговое испарение графитового электрода в атмосфере гелия [Kratschmer W. Nature. 347, с.354-358. 1991].A known method of producing fullerenes using arc evaporation of a graphite electrode in a helium atmosphere [Kratschmer W. Nature. 347, p. 354-358. 1991].
Известны способы получения фуллеренов [RU №2178766 С1 и 2186022 С1, год], в которых фуллерены получают возгонкой углеродсодержащего материала за счет воздействия на него высокотемпературного поля. В данных способах углеродсодержащий материал, например графит 14, подают в реакционную зону аппарата и воздействуют на него высокотемпературным полем при Т=3×103-9×103 °С. Поле формируют от проточной струи плазмы или за счет электрического разряда при напряжении 15-25 кВ.Known methods for producing fullerenes [RU No. 2178766 C1 and 2186022 C1, year], in which fullerenes are obtained by sublimation of a carbon-containing material due to the action of a high-temperature field on it. In these methods, a carbon-containing material, for example graphite 14, is fed into the reaction zone of the apparatus and exposed to it by a high-temperature field at T = 3 × 10 3 -9 × 10 3 ° C. The field is formed from a flowing plasma jet or due to an electric discharge at a voltage of 15-25 kV.
В перечисленных выше способах исходным веществом для получения фуллеренов является графит. Метод требует больших энергозатрат. К тому же сложно извлекать фуллеренсодержащую сажу из реакционной зоны.In the above methods, the starting material for producing fullerenes is graphite. The method requires a lot of energy. In addition, it is difficult to extract fullerene-containing soot from the reaction zone.
Известен способ получения фуллеренов [WO 9506001, 1995] пиролизом ряда ароматических углеводородных соединений. Пиролиз выполняют в газовой фазе при температуре до 3000°С с последующей конденсацией испаренного углеводородного источника.A known method of producing fullerenes [WO 9506001, 1995] by pyrolysis of a number of aromatic hydrocarbon compounds. Pyrolysis is carried out in the gas phase at temperatures up to 3000 ° C, followed by condensation of the vaporized hydrocarbon source.
К недостаткам данного способа можно отнести сложное аппаратурное исполнение и высокие энергозатраты для создания высокой температуры.The disadvantages of this method include complex hardware design and high energy consumption to create high temperature.
Все вышеперечисленные методы синтеза осуществляют в атмосфере инертного газа, что требует герметичного оборудования.All of the above synthesis methods are carried out in an inert gas atmosphere, which requires sealed equipment.
Известен метод синтеза углеродных наноматериалов, включая фуллерены [US 2003049195 А, 2003] путем сжигания в пламени ароматических углеводородных топлив, который приводит к их конверсии и получению экстрагируемых фуллеренов. В установку сжигания [US 2003143151 А, 2003] вводят кислородсодержащий газ, газ углеводородного топлива и осуществляют капельную подачу углеводородного топлива.A known method for the synthesis of carbon nanomaterials, including fullerenes [US 2003049195 A, 2003] by burning aromatic hydrocarbon fuels in a flame, which leads to their conversion and the production of extractable fullerenes. An oxygen-containing gas, a hydrocarbon fuel gas are introduced into the combustion unit [US 2003143151 A, 2003], and a drip feed of hydrocarbon fuel is carried out.
К недостаткам данного способа относится взрывоопасность.The disadvantages of this method include explosiveness.
Известен способ [US 2004258604 А, 2004], в котором получают смесь из С60 с водородом с низшими (С36, С40, С42, С44, C48, C50, C52, C54, C58) или высшими (С72, С76) фуллеренами путем использования высоковольтного АС дугового разряда в жидкой бензоловой или толуоловой среде. Электрическое поле порядка 15-20 кB проходит через графитовые электроды, чьи остроконечные концы введены в жидкость. После удаления нерастворившихся частиц сажи фильтрацией проводят вакуумное испарение обработанной жидкости и промывку (HPLC) и анализ полученных частиц методом масс-спектрометрии, показывающей присутствие фуллеренов от C50 до C76.The known method [US 2004258604 A, 2004], in which a mixture of C 60 with hydrogen with lower (C 36 , C 40 , C 42 , C 44 , C 48 , C 50 , C 52 , C 54 , C 58 ) or higher (C 72 , C 76 ) fullerenes by using a high-voltage AC arc discharge in a liquid benzene or toluene medium. An electric field of the order of 15-20 kV passes through graphite electrodes, whose pointed ends are inserted into the liquid. After removing insoluble soot particles by filtration, vacuum evaporation of the treated liquid and washing (HPLC) and analysis of the obtained particles by mass spectrometry, showing the presence of fullerenes from C 50 to C 76, are carried out.
К недостаткам данного способа относится взрывоопасность.The disadvantages of this method include explosiveness.
Известен способ [US 5876684 А, 1999], в котором предложено ряд систем, в которых углеводороды в жидкой или газовой форме используются в качестве источника углерода и с этой целью подвергаются высокотемпературному нагреву за счет разряда между графитовыми электродами.The known method [US 5876684 A, 1999], in which a number of systems are proposed in which hydrocarbons in liquid or gas form are used as a carbon source and for this purpose are subjected to high temperature heating due to the discharge between graphite electrodes.
Данный способ выбран в качестве прототипа.This method is selected as a prototype.
К его недостаткам можно отнести то, что метод требует высоких энергозатрат и является взрывоопасным.Its disadvantages include the fact that the method requires high energy consumption and is explosive.
Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа получения углеродсодержащих соединений на основе метода возбуждения микроплазменных разрядов на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей.The objective of the present invention is to develop a new method for producing carbon-containing compounds based on the method of excitation of microplasma discharges at the interface of two immiscible liquids.
Технический результат - управляемый синтез углеродсодержащих наноматериалов.EFFECT: controlled synthesis of carbon-containing nanomaterials.
Поставленная задача решается тем, что, как и в известном, в способе получения углеродсодержащих наноматериалов высокотемпературной конверсии подвергают жидкие углеводородные соединения.The problem is solved in that, as in the known method, in the method for producing carbon-containing nanomaterials, liquid hydrocarbon compounds are subjected to high-temperature conversion.
Новым является то, что высокотемпературную электрохимическую конверсию осуществляют путем высоковольтной поляризации границы раздела, которую образуют объемом жидкого углеводородного соединения с объемом электропроводящей жидкости, и возбуждения на упомянутой границе раздела микроплазменных разрядов.What is new is that high-temperature electrochemical conversion is carried out by high-voltage polarization of the interface, which is formed by the volume of a liquid hydrocarbon compound with the volume of an electrically conductive liquid, and excitation at the said interface of microplasma discharges.
Кроме того, в качестве жидкого углеводородного соединения используют ароматические или предельные углеводороды, например бензол или октан.In addition, aromatic or saturated hydrocarbons, for example benzene or octane, are used as the liquid hydrocarbon compound.
Кроме того, в качестве электропроводящей жидкости используют водный раствор электропроводящей жидкости, например гидроокиси калия или галогенидов щелочных металлов или любые другие электропроводящие жидкости.In addition, an aqueous solution of an electrically conductive liquid, for example, potassium hydroxide or alkali metal halides or any other electrically conductive liquid, is used as the electrically conductive liquid.
Кроме того, микроплазменные разряды на границе раздела возбуждают путем приложения напряжения между электродами, размещенными в объеме жидкого углеводородного соединения и в объеме электропроводящей жидкости.In addition, microplasma discharges at the interface are excited by applying a voltage between the electrodes placed in the volume of the liquid hydrocarbon compound and in the volume of the electrically conductive liquid.
Кроме того, осуществляют либо анодную, либо катодную высоковольтную поляризацию границы раздела с использованием импульсного источника питания с частотой 50 Гц, который позволяет плавно изменять задающее напряжение от 0 до 4000 В.In addition, either anodic or cathodic high-voltage polarization of the interface is carried out using a switching power supply with a frequency of 50 Hz, which allows you to smoothly change the reference voltage from 0 to 4000 V.
Кроме того, на границе раздела размещают мембрану, либо стеклянную, либо выполненную из алюминиевой фольги с нанесенным на нее оксидным покрытием.In addition, a membrane is placed at the interface, either glass or made of aluminum foil coated with an oxide coating.
Кроме того, граница раздела может быть естественной, горизонтальной без мембраны.In addition, the interface can be natural, horizontal without a membrane.
Кроме того, для увеличения длительности микроплазменного процесса осуществляют постоянное пополнение объемов фаз или используют проточную ячейку.In addition, to increase the duration of the microplasma process, constant replenishment of phase volumes is carried out or a flow cell is used.
Кроме того, полученный продукт после первичной высокотемпературной электрохимической конверсии, содержащий незначительное количество фуллеренов или предшественников фуллеренов, повторно подвергают высокотемпературной электрохимической конверсии для увеличения выхода фуллеренов.In addition, the obtained product after the initial high-temperature electrochemical conversion, containing a small amount of fullerenes or fullerene precursors, is re-subjected to high-temperature electrochemical conversion to increase the yield of fullerenes.
Преимуществом способа является использование высоковольтного электрохимического синтеза, который по сравнению с химическим синтезом обладает более широкими возможностями, так как позволяет управлять процессами синтеза с помощью изменения электрических параметров. Выбор в качестве метода высокотемпературной электрохимической конверсии - метода возбуждения микроплазменных процессов в растворах электролитов, вызываемых высоковольтной поляризацией границы раздела фаз, обусловлен тем, что это быстротекущие неравновесные процессы, сопровождаемые локальными высокотемпературными микроплазменными разрядами, свечением и ионизацией. Большинство электрохимических реакций такого процесса идет с перенапряжением и является неравновесными высокоэнергетическими процессами.The advantage of the method is the use of high-voltage electrochemical synthesis, which, in comparison with chemical synthesis, has wider capabilities, since it allows you to control the synthesis processes by changing the electrical parameters. The choice as a method of high-temperature electrochemical conversion, a method of exciting microplasma processes in electrolyte solutions caused by high-voltage polarization of the phase boundary, is due to the fact that these are fast-flowing nonequilibrium processes accompanied by local high-temperature microplasma discharges, luminescence, and ionization. Most of the electrochemical reactions of this process proceed with overvoltage and are nonequilibrium high-energy processes.
Рассмотрим необходимые условия, возникающие на границе раздела двух жидких фаз, которые приводят к синтезу новых органических соединений. Во-первых, в процессе высоковольтной поляризации границы раздела жидких фаз и возникновения микроплазменных разрядов образуются валентно ненасыщенные радикалы, которые являются чрезвычайно активными. Существование активных валентно ненасыщенных групп и радикалов приводит к появлению новых химических соединений при микроплазменных процессах на границе раздела жидких фаз. Во-вторых, высокие температуры и высокие давления, возникающие в процессе образования микроплазменных процессов на границе раздела, создают условия для разрыва связей и высокотемпературного синтеза. В-третьих, состав водной фазы, наличие анионов и катионов обеспечивают их влияние на продукты электрохимического синтеза. В-четвертых, высокие температуры и высокие давления, сопровождающие микроплазменные процессы на границе раздела двух жидких фаз, приводят к разрушению и сжиганию органической фазы до порошкового углерода. При этом образуются циклические органические соединения, содержащие пяти- и шестичленные кольца, представляющие собой промежуточные продукты синтеза фуллеренов, которые при высокой температуре микроплазменных разрядов на границе раздела фаз образуют фуллерены.Let us consider the necessary conditions arising at the interface between two liquid phases, which lead to the synthesis of new organic compounds. First, in the process of high-voltage polarization of the liquid phase interface and the occurrence of microplasma discharges, valence-unsaturated radicals are formed, which are extremely active. The existence of active valence unsaturated groups and radicals leads to the appearance of new chemical compounds in microplasma processes at the interface of liquid phases. Secondly, high temperatures and high pressures arising in the process of the formation of microplasma processes at the interface create conditions for bond breaking and high-temperature synthesis. Thirdly, the composition of the aqueous phase, the presence of anions and cations provide their influence on the products of electrochemical synthesis. Fourth, high temperatures and high pressures that accompany microplasma processes at the interface between two liquid phases lead to the destruction and burning of the organic phase to carbon powder. In this case, cyclic organic compounds are formed containing five- and six-membered rings, which are intermediate products of the synthesis of fullerenes, which form fullerenes at the high temperature of microplasma discharges at the interface.
С целью исследования возможностей органического синтеза, например галогенирования органических веществ микроплазменными процессами на границе раздела двух жидких фаз при высоковольтной ее поляризации, были проведены следующие исследования.In order to study the possibilities of organic synthesis, for example, halogenation of organic substances by microplasma processes at the interface between two liquid phases with high-voltage polarization, the following studies were carried out.
В качестве органической фазы выбрали такие растворители как ароматические растворители - бензол, толуол, а для сравнения предельный углеводород октан.Solvents such as aromatic solvents such as benzene, toluene, and, for comparison, saturated hydrocarbon octane, were chosen as the organic phase.
В качестве водной фазы использовали водные 1 М растворы галогенидов калия, для сравнения растворы кислот и щелочей.As the aqueous phase used aqueous 1 M solutions of potassium halides, for comparison, solutions of acids and alkalis.
В свою очередь, граница раздела фаз может быть поляризована как катодно, так и анодно, то есть электроды, находящиеся в разных фазах, могут быть заряжены как положительно, так и отрицательно. В соответствии с этим на границе раздела фаз протекают разнообразные электрохимические процессы с образованием различных продуктов реакции в зависимости от знака поляризации.In turn, the phase boundary can be polarized both cathode and anode, that is, electrodes in different phases can be charged positively or negatively. In accordance with this, various electrochemical processes occur at the phase boundary with the formation of various reaction products, depending on the sign of polarization.
Ожидали, что если граница раздела фаз со стороны органической фазы заряжена положительно, то анионы водной фазы при движении к границе раздела фаз вызовут галогенирование продуктов, получающихся из бензола в результате микроплазменных процессов на границе раздела жидких фаз. При обратной поляризации анионы галогенов должны двигаться к платиновому электроду в водной фазе с образованием галогенов. То есть продукты синтеза при различной поляризации границы жидких фаз должны отличаться.It was expected that if the phase boundary on the organic phase side is positively charged, then the anions of the aqueous phase, when moving to the phase boundary, will cause halogenation of products obtained from benzene as a result of microplasma processes at the interface of the liquid phases. With reverse polarization, the halogen anions must move to the platinum electrode in the aqueous phase with the formation of halogens. That is, the synthesis products at different polarizations of the liquid phase boundary should be different.
Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The invention is illustrated by the following graphic materials:
На фиг.1 приведена электрохимическая ячейка для проведения синтеза органических соединений.Figure 1 shows the electrochemical cell for the synthesis of organic compounds.
На фиг.2 приведены фотографии углеродсодержащих частиц, полученных при высоковольтной катодной поляризации границы раздела бензол - водный 1 М раствор KОН, сопровождающейся микроплазменными процессами. Увеличение 100000.Figure 2 shows photographs of carbon-containing particles obtained by high-voltage cathodic polarization of the benzene - aqueous 1 M KOH interface, accompanied by microplasma processes. An increase of 100,000.
На фиг.3 приведены фотографии углеродных частиц, полученных при высоковольтной анодной поляризации границы раздела бензол - водный 1 М раствор KОН, сопровождающейся жесткими микроплазменными процессами. Увеличение 100000.Figure 3 shows photographs of carbon particles obtained by high-voltage anodic polarization of the benzene - aqueous 1 M KOH interface, accompanied by hard microplasma processes. An increase of 100,000.
На фиг.4 приведены фотографии углеродных частиц, полученных при высоковольтной анодной поляризации границы раздела бензол - водный 1 М раствор KОН, сопровождающейся микроплазменными процессами. Увеличение 100000.Figure 4 shows photographs of carbon particles obtained by high-voltage anodic polarization of the benzene - aqueous 1 M KOH interface, accompanied by microplasma processes. An increase of 100,000.
На фиг.5 приведены фотографии углеродных частиц, полученных при высоковольтной катодной поляризации границы раздела октан - водный 1 М раствор KОН, сопровождающейся микроплазменными процессами. Увеличение 100000.Figure 5 shows photographs of carbon particles obtained by high-voltage cathodic polarization of the octane-aqueous 1 M KOH interface, accompanied by microplasma processes. An increase of 100,000.
На фиг.6 приведена поверхность оксидного покрытия фольги между двумя порами, на которой были получены фуллерены, увеличение а, б) 10000 и в) 20000.Figure 6 shows the surface of the oxide coating of the foil between the two pores, on which fullerenes were obtained, an increase in a, b) 10000 and c) 20000.
Далее изобретение поясняется примерами его конкретного выполнения.The invention is further illustrated by examples of its specific implementation.
Для проведения синтеза органических соединений была создана электрохимическая ячейка, приведенная на фиг.1. Для высоковольтной поляризации использовали импульсный источник питания с частотой 50 Гц, который позволяет плавно изменять задающее напряжение от 0 до 4000 В.To carry out the synthesis of organic compounds, an electrochemical cell was created, shown in figure 1. For high-voltage polarization, a pulsed power source with a frequency of 50 Hz was used, which allows you to smoothly change the reference voltage from 0 to 4000 V.
Материал электродов выбирался из соображений их нерастворимости в данных условиях, так как растворимые электроды приводят к изменению концентрации ионов в водной и органической фазах.The electrode material was chosen for reasons of their insolubility under these conditions, since soluble electrodes lead to a change in the concentration of ions in the aqueous and organic phases.
Первый электрод - титановый игольчатый с рабочей поверхностью 0,8 см2 - располагали максимально близко к границе раздела в органической жидкости (жидком углеводородном соединении), чтобы уменьшить падение напряжения. Второй электрод представлял собой алюминиевую пластину с поверхностью, равной 4 см2. Его размещали в водной фазе (водном растворе электропроводящей жидкости) объемом 30 мл.The first electrode - a titanium needle with a working surface of 0.8 cm 2 - was placed as close as possible to the interface in an organic liquid (liquid hydrocarbon compound) to reduce the voltage drop. The second electrode was an aluminum plate with a surface equal to 4 cm 2 . It was placed in an aqueous phase (aqueous solution of an electrically conductive liquid) with a volume of 30 ml.
Пример 1Example 1
В качестве органической фазы использовали бензол (объем 30 мл)Benzene (volume 30 ml) was used as the organic phase.
В качестве водной фазы использовали водные 1 М растворы - гидроокиси калия объемом 3 мл.As the aqueous phase used aqueous 1 M solutions - potassium hydroxide with a volume of 3 ml.
Создавали границу раздела фаз бензол - водный 1 М раствор гидроокиси калия и подвергали ее высоковольтной катодной или анодной поляризации.A benzene – aqueous 1 M potassium hydroxide solution was created, and subjected to high-voltage cathodic or anodic polarization.
На фиг.2 приведены фотографии углеродсодержащих частиц, полученных при высоковольтной катодной поляризации границы раздела бензол - водный 1 М раствор KОН, сопровождающейся микроплазменными процессами. Размеры углеродных частиц составляют от 7 до 15 нм.Figure 2 shows photographs of carbon-containing particles obtained by high-voltage cathodic polarization of the benzene - aqueous 1 M KOH interface, accompanied by microplasma processes. Sizes of carbon particles range from 7 to 15 nm.
На фиг.3 приведены фотографии углеродных частиц, полученных при высоковольтной анодной поляризации границы раздела бензол - водный 1 М раствор KОН, сопровождающейся жесткими микроплазменными процессами. Размеры углеродных частиц составляют 50 нм.Figure 3 shows photographs of carbon particles obtained by high-voltage anodic polarization of the benzene - aqueous 1 M KOH interface, accompanied by hard microplasma processes. The size of the carbon particles is 50 nm.
На фиг.4 приведены фотографии углеродных частиц, полученных при высоковольтной анодной поляризации границы раздела бензол - водный 1 М раствор KОН, сопровождающейся микроплазменными процессами. Размеры углеродных частиц составляют от 10 до 40 нм.Figure 4 shows photographs of carbon particles obtained by high-voltage anodic polarization of the benzene - aqueous 1 M KOH interface, accompanied by microplasma processes. Sizes of carbon particles range from 10 to 40 nm.
Пример 2.Example 2
С целью исследования возможностей галогенирования органических веществ микроплазменными разрядами на границе раздела двух жидких фаз при высоковольтной поляризации границы раздела фаз - водный 1 М раствор калия фтористого (калия хлористого, калия йодистого) проводили следующие исследования.In order to study the possibilities of halogenation of organic substances by microplasma discharges at the interface of two liquid phases at high voltage polarization of the phase boundary - an aqueous 1 M solution of potassium fluoride (potassium chloride, potassium iodide), the following studies were carried out.
Образовывали границу раздела фаз бензол - водный 1 М раствор и подвергали ее высоковольтной катодной или анодной поляризации.A benzene – aqueous 1 M solution was formed and subjected to high-voltage cathodic or anodic polarization.
Продукты микроплазменного синтеза, их масса, время выхода и процентное содержание для границы раздела бензол - водные растворы калия фтористого, калия хлористого, калия йодистого представлены в таблице 1. Знаком «+» обозначена анодная поляризация границы раздела жидких фаз, знаком «-» - катодная. Для более наглядного представления данных в таблице 1 оставили количество продуктов синтеза выше 5%.The products of microplasma synthesis, their mass, exit time, and percentage for the benzene – aqueous solutions of potassium fluoride, potassium chloride, and potassium iodide are presented in Table 1. The “+” sign indicates the anodic polarization of the liquid phase interface, the “-” sign indicates the cathode . For a more visual presentation of the data in table 1, the number of synthesis products was left above 5%.
Хромато-масс-спектральный анализ продуктов микроплазменного синтеза при высоковольтной поляризации границы раздела двух жидких фаз представлен в Таблице 1.Chromato-mass spectral analysis of microplasma synthesis products with high-voltage polarization of the interface between two liquid phases is presented in Table 1.
Согласно таблице 1 при катодной поляризации границы раздела бензол - водный растворAccording to table 1 for cathodic polarization of the benzene - aqueous solution
1. Калий фтористый синтезируются три основных продукта:1. Potassium fluoride synthesized three main products:
бенз[а]азулен, фенантрен, флуорантен.benz [a] azulene, phenanthrene, fluoranthene.
2. Калий хлористый - четыре основных продукта:2. Potassium chloride - four main products:
Аценафтилен, бифенил, фенантрен, флуорантен.Acenaphthylene, biphenyl, phenanthrene, fluoranten.
3. Калий йодистый - восемь основных продуктов:3. Potassium iodide - eight main products:
Аценафтилен, бифенил, бенз[а]азулен, фенантрен, флуорантен, пирен, бензо[ghi]флуорантен.Acenaphthylene, biphenyl, benz [a] azulene, phenanthrene, fluoranthene, pyrene, benzo [ghi] fluoranten.
4. Калий гидроокись -11 основных продуктов: бифенилен, аценафтилен, бифенил, бенз[а]азулен, дифенилацетилен, фенантрен, флуорантен, пирен, бензо|ghi]флуорантен, ацепирен.4. Potassium hydroxide -11 main products: biphenylene, acenaphthylene, biphenyl, benz [a] azulene, diphenylacetylene, phenanthrene, fluoranthene, pyrene, benzo | ghi] fluoranthene, acepiren.
При катодной поляризации граница раздела фаз заряжена отрицательно, вследствие этого изучаемые анионы не подходят к границе раздела фаз, а под действием электрического поля подходят к положительно заряженному электроду в водной фазе и окисляются до свободных галогенов. К отрицательно заряженной границе движутся катионы водорода и происходят процессы с их участием, как полагают исходя из анализа продуктов синтеза, процессы дегидрирования.In the case of cathodic polarization, the phase boundary is negatively charged; as a result, the studied anions do not approach the phase boundary, and under the influence of an electric field they approach the positively charged electrode in the aqueous phase and oxidize to free halogens. Hydrogen cations move toward the negatively charged boundary and processes with their participation occur, as dehydrogenation processes suggest, based on the analysis of synthesis products.
При анодной высоковольтной поляризации процессов микроплазменного синтеза наиболее благоприятные условия создают анионы йода, меньше ионы хлора и слабый синтез идет в присутствии ионов фтора и гидроксила. Так как продуктов галогенирования не образуется, а выделение пузырьков газа на границе раздела фаз имеет место, то при анодной поляризации анионы под действием электрического поля подходят к положительно заряженной границе раздела фаз, по-видимому, взаимодействуют с катионами водорода и выделяются в виде летучих галогенводородов. Кроме того, под действием микроплазменных процессов образуется множество радикалов за счет высокой энергии и температуры границы раздела фаз, происходит разрушение химических связей, образуются циклические соединения, состоящие из пяти и шестичленных углеродных колец.In the case of anodic high-voltage polarization of microplasma synthesis processes, the most favorable conditions are created by iodine anions, less chlorine ions and weak synthesis occurs in the presence of fluorine and hydroxyl ions. Since no halogenation products are formed, and gas bubbles evolve at the phase boundary, when anodic polarization occurs, the anions approach the positively charged phase boundary under the influence of an electric field, apparently interact with hydrogen cations and are released in the form of volatile hydrogen halides. In addition, under the action of microplasma processes, many radicals are formed due to the high energy and temperature of the phase boundary, chemical bonds are destroyed, cyclic compounds are formed consisting of five and six-membered carbon rings.
Пример 3.Example 3
В качестве органической фазы использовали октан.Octane was used as the organic phase.
В качестве водной фазы использовали водные 1 М растворы - гидроокиси калия.Aqueous 1 M solutions — potassium hydroxide — were used as the aqueous phase.
Образовывали границу граница раздела фаз октан - водный 1 М раствор и подвергали ее высоковольтной катодной или анодной поляризации.An octane – aqueous 1 M solution was formed, and the field was subjected to high-voltage cathodic or anodic polarization.
Продукты процесса микроплазменного синтеза на границе раздела этих жидких фаз прокаливали в муфельной печи в кварцевой ампуле для возгонки фуллеренов, затем растворяли в бензоле и фотографировали на растровом электронном микроскопе при увеличении 100000.The products of the microplasma synthesis process at the interface of these liquid phases were calcined in a muffle furnace in a quartz ampoule for sublimation of fullerenes, then they were dissolved in benzene and photographed using a scanning electron microscope at a magnification of 100,000.
На фиг.5 приведены фотографии углеродных частиц, полученных при высоковольтной катодной поляризации границы раздела октан - водный 1 М раствор KОН, сопровождающейся микроплазменньши процессами. Размеры углеродных частиц составляют от 7 до 30 нм.Figure 5 shows photographs of carbon particles obtained by high-voltage cathodic polarization of the octane-aqueous 1 M KOH interface, accompanied by microplasma processes. Sizes of carbon particles range from 7 to 30 nm.
Пример 4. В качестве органической фазы использовали бензол.Example 4. As the organic phase, benzene was used.
В качестве водной фазы использовали водные 1 М растворы Н3РO4.As the aqueous phase, aqueous 1 M H 3 PO 4 solutions were used.
Образовывали границу раздела фаз бензол - водный 1 М раствор Н3РO4 и подвергали ее высоковольтной катодной или анодной поляризации.A benzene – aqueous 1 M H 3 PO 4 solution was formed and subjected to high-voltage cathodic or anodic polarization.
Результаты синтеза по примеру 3 и 4 приведены в таблице 2.The results of the synthesis of examples 3 and 4 are shown in table 2.
KОН13-
CON
Основными продуктами синтеза при катодной поляризации границы раздела бензол - Н3РO4 согласно результатам хромато-масс-спектрального анализа являются флуорантен, бензо-к-флуорантен, антрацен и бифенил, при анодной поляризации - бифенил, антрацен, флуорантен, но интенсивность спектров при катодной поляризации выше.According to the results of gas chromatography-mass spectral analysis, the main synthesis products for cathodic polarization of the benzene - H 3 PO 4 interface are fluorantent, benzo-k-fluorantent, anthracene and biphenyl, for anodic polarization - biphenyl, anthracene, fluorant, but the intensity of the spectra at the cathodic polarization is higher.
Основными продуктами микроплазменного синтеза в системе октан-KОН при катодной поляризации являются р-терфенил, а при анодной поляризации - флуорантен, фенантрен, пирен и р-терфенил.The main products of microplasma synthesis in the octane-KOH system with cathodic polarization are p-terphenyl, and with anodic polarization they are fluoranthene, phenanthrene, pyrene and p-terphenyl.
Пример 5Example 5
Для получения углеродных соединений (фуллеренов и нанотрубок) на поверхности твердых тел использовали границы двух жидкостей, разделенных мембраной, осуществляли ее высоковольтную поляризацию и протекание на ней микроплазменных процессов.To obtain carbon compounds (fullerenes and nanotubes) on the surface of solids, the boundaries of two liquids separated by a membrane were used, its high-voltage polarization and microplasma processes took place on it.
Использовали стеклянную мембрану или алюминиевую фольгу с нанесенным на нее оксидным покрытием в микроплазменном режиме.A glass membrane or aluminum foil coated with an oxide coating in microplasma mode was used.
На стеклянной мембране формируются углеродные отложения в виде «углеродных дорожек», которые облегчают возбуждение микроплазменных разрядов при высоковольтной поляризации границы раздела фаз, то есть микроплазменные разряды появляются при менее высоких напряжениях.Carbon deposits form in the form of “carbon paths” on the glass membrane, which facilitate the excitation of microplasma discharges during high-voltage polarization of the phase boundary, that is, microplasma discharges appear at lower voltages.
Алюминиевую фольгу с нанесенным на нее оксидным покрытием в микроплазменном режиме помещаем на границу раздела водной и органической фаз, подаем на нее (границу раздела) поляризующее напряжение. Микроплазменный процесс начинается на границе раздела жидких фаз при высоковольтной ее поляризации порядка 3000 В, образующиеся в результате микроплазменного процесса углеродные соединения осаждаются на оксиде алюминия, заполняя поры и образуя углеродные нанотрубки.We place an aluminum foil coated with an oxide coating in microplasma mode at the interface between the aqueous and organic phases, and apply polarizing voltage to it (interface). The microplasma process begins at the interface of the liquid phases with its high-voltage polarization of the order of 3000 V, the carbon compounds formed as a result of the microplasma process are deposited on alumina, filling the pores and forming carbon nanotubes.
На фиг.6 приведена поверхность оксидного покрытия фольги между двумя порами, на которой были получены фуллерены, увеличение а, б) 10000 и в) 20000. Приведена также поверхность стеклянной мембраны г), разделяющей две жидкости, при протекании на границе раздела фаз микроплазменных процессов (10000).Figure 6 shows the surface of the oxide coating of the foil between the two pores, on which fullerenes were obtained, an increase of a, b) 10000 and c) 20000. The surface of the glass membrane d) separating two liquids is also shown when microplasma processes occur at the phase boundary (10000).
Пример 6. Для количественной оценки микроплазменного воздействия на границу раздела жидких фаз взяли по 100 мл органической жидкости (бензол или октан) и 10 мл 1 М водных растворов электролитов, провели микроплазменную обработку границ этих жидкостей в течение 15 минут, провели экстрагирование фуллеренов из сажи бензолом, отделили сажу и определили массу угля и сухого остатка. Известно, что фуллерены растворяются в бензоле, но их растворимость ограниченная, поэтому часть их находится в растворе бензола, а часть осаждается вместе с сажей. Чтобы извлечь фуллерены из сажи, необходимо проводить многократную обработку сажи небольшим количеством бензола. Сухой остаток после удаления бензола был проанализирован методом масс-спектрометрии на хромато-масс-спектрометре, результаты представлены в таблице 1 и 2. Наиболее разнообразные продукты микроплазменного синтеза по качеству и количеству получаются при катодной поляризации «-» изученных систем.Example 6. To quantify the microplasma effect on the interface between the liquid phases, 100 ml of organic liquid (benzene or octane) and 10 ml of 1 M aqueous solution of electrolytes were taken, microplasma treatment of the boundaries of these liquids was carried out for 15 minutes, and fullerenes were extracted from carbon black with benzene , soot was separated and the mass of coal and solids were determined. It is known that fullerenes dissolve in benzene, but their solubility is limited, so some of them are in a solution of benzene, and some are precipitated together with soot. To extract fullerenes from soot, it is necessary to repeatedly process soot with a small amount of benzene. The dry residue after removal of benzene was analyzed by mass spectrometry on a gas chromatography mass spectrometer, the results are shown in Tables 1 and 2. The most diverse products of microplasma synthesis in quality and quantity are obtained by cathodic polarization of the “-” of the studied systems.
В таблице 3 приведены данные по количественной оценке сажи (угля) и сухого остатка для изученных систем.Table 3 shows the data on the quantitative assessment of soot (coal) and solids for the studied systems.
Анализ результатов показывает, что больше всего углеродных частиц получается при высоковольтной поляризации границы раздела системы бензол-KОН, причем при катодной поляризации размер частиц немного меньше, чем при анодной поляризации. Размеры углеродных частиц составляют от 7 до 30 нм (фиг.2). Для этой системы получены МАЛДИ спектры.An analysis of the results shows that most carbon particles are obtained with high-voltage polarization of the benzene-KOH system interface, and with cathodic polarization the particle size is slightly smaller than with anodic polarization. The sizes of carbon particles are from 7 to 30 nm (figure 2). MALDI spectra were obtained for this system.
Наиболее же разнообразные продукты микроплазменного синтеза по качеству и количеству получаются при катодной поляризации «-» изученных систем. Для обнаружения фуллеренов проведен анализ прямым вводом продуктов микроплазменного синтеза методом ионизации при лазерной десорбции в матрице, так называемым методом МАЛДИ («matrix Assistant Laser Desorption Ionization"), на двух матрицах с тригидроксиантраценом (ТНА) и нитроанилином (NA), с ультрафиолетовым лазером, длительность импульса которого составляет 0.5-10 нс. Энергия излучения одного импульса на единицу площади составляет примерно 30-600 Дж/м2. Интенсивность излучения 1.106-5.107 Вт/см2. МАЛДИ-спектры показали, что образуются углеродные соединения с массой 792, что соответствует фуллерену С66, и массой 840, что соответствует фуллерену С70.The most diverse products of microplasma synthesis in terms of quality and quantity are obtained by cathodic polarization “-” of the systems studied. To detect fullerenes, an analysis was carried out by direct input of microplasma synthesis products by ionization during laser desorption in a matrix, the so-called MALDI method (matrix Assistant Laser Desorption Ionization), on two matrices with trihydroxyanthracene (TNA) and nitroaniline (NA), with an ultraviolet laser, the pulse duration of which is 0.5-10 ns. The radiation energy of one pulse per unit area is approximately 30-600 J / m 2. The radiation intensity is 1.10 6 -5.10 7 W / cm 2. MALDI spectra showed that carbon compounds are formed with d 792, which corresponds to fullerene C 66 , and a mass of 840, which corresponds to fullerene C 70 .
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007121020/15A RU2362732C2 (en) | 2007-06-04 | 2007-06-04 | Method of receiving of carbon-bearing nano-materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007121020/15A RU2362732C2 (en) | 2007-06-04 | 2007-06-04 | Method of receiving of carbon-bearing nano-materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007121020A RU2007121020A (en) | 2008-12-10 |
| RU2362732C2 true RU2362732C2 (en) | 2009-07-27 |
Family
ID=41048583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007121020/15A RU2362732C2 (en) | 2007-06-04 | 2007-06-04 | Method of receiving of carbon-bearing nano-materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2362732C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2511384C2 (en) * | 2012-03-29 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная организация "Инновация" (ООО НПО "Инновация") | Method for production of black containing fullerenes and nanotubes and device for its implementation |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5876684A (en) * | 1992-08-14 | 1999-03-02 | Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation | Methods and apparati for producing fullerenes |
| RU2169699C2 (en) * | 1999-05-24 | 2001-06-27 | Ижевский государственный технический университет | Method of carbon-metal-containing nanostructure producing |
| RU2178766C2 (en) * | 2000-02-10 | 2002-01-27 | Плугин Александр Илларионович | Method of preparing fullerenes |
| RU2186022C2 (en) * | 2000-02-25 | 2002-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛЕДА" | Method of synthesis of fullerenes |
| US20020122754A1 (en) * | 1999-03-23 | 2002-09-05 | Ryzhkov Vladislav Andeevitch | Method and device for producing higher fullerenes and nanotubes |
| US20030049195A1 (en) * | 2001-08-30 | 2003-03-13 | Alford J. Michael | Polynuclear aromatic hydrocarbons for fullerene synthesis in flames |
| US20030143151A1 (en) * | 2001-12-05 | 2003-07-31 | Diener Michael D. | Combustion process for synthesis of carbon nanomaterials from liquid hydrocarbon |
| US20040258604A1 (en) * | 2001-09-06 | 2004-12-23 | Ryzhkov Vladislay Andreevitch | Apparatus and method for nanoparticle and nanotube production and use therefor for gas storage |
| US20050121309A1 (en) * | 2001-09-14 | 2005-06-09 | Manish Chhowalla | Method of producing nanoparticles |
| JP2005247677A (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Yuichi Kin | Method for manufacturing carbon nanotube |
| CN1931716A (en) * | 2006-09-14 | 2007-03-21 | 太原理工大学 | Liquid benzene medium arc discharge process of preparing onion-shaped fullerene |
-
2007
- 2007-06-04 RU RU2007121020/15A patent/RU2362732C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5876684A (en) * | 1992-08-14 | 1999-03-02 | Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation | Methods and apparati for producing fullerenes |
| US20020122754A1 (en) * | 1999-03-23 | 2002-09-05 | Ryzhkov Vladislav Andeevitch | Method and device for producing higher fullerenes and nanotubes |
| RU2169699C2 (en) * | 1999-05-24 | 2001-06-27 | Ижевский государственный технический университет | Method of carbon-metal-containing nanostructure producing |
| RU2178766C2 (en) * | 2000-02-10 | 2002-01-27 | Плугин Александр Илларионович | Method of preparing fullerenes |
| RU2186022C2 (en) * | 2000-02-25 | 2002-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛЕДА" | Method of synthesis of fullerenes |
| US20030049195A1 (en) * | 2001-08-30 | 2003-03-13 | Alford J. Michael | Polynuclear aromatic hydrocarbons for fullerene synthesis in flames |
| US20040258604A1 (en) * | 2001-09-06 | 2004-12-23 | Ryzhkov Vladislay Andreevitch | Apparatus and method for nanoparticle and nanotube production and use therefor for gas storage |
| US20050121309A1 (en) * | 2001-09-14 | 2005-06-09 | Manish Chhowalla | Method of producing nanoparticles |
| US20030143151A1 (en) * | 2001-12-05 | 2003-07-31 | Diener Michael D. | Combustion process for synthesis of carbon nanomaterials from liquid hydrocarbon |
| JP2005247677A (en) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Yuichi Kin | Method for manufacturing carbon nanotube |
| CN1931716A (en) * | 2006-09-14 | 2007-03-21 | 太原理工大学 | Liquid benzene medium arc discharge process of preparing onion-shaped fullerene |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SHINFUKU NOMURA et al. Microwave plasma in hydrocarbon liquids, Appl. Phys. Lett., 2006, v.88. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2511384C2 (en) * | 2012-03-29 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная организация "Инновация" (ООО НПО "Инновация") | Method for production of black containing fullerenes and nanotubes and device for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007121020A (en) | 2008-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5649186B2 (en) | Onion-like carbon and method for producing the same | |
| Shirai et al. | Atmospheric DC glow microplasmas using miniature gas flow and electrolyte cathode | |
| DE102011081915B4 (en) | Method and device for splitting water | |
| Li et al. | Insight into the synthesis of carbon quantum dots by gas-liquid discharges: The role of precursors | |
| RU2362732C2 (en) | Method of receiving of carbon-bearing nano-materials | |
| RU2371381C2 (en) | Method and device for plasmochemical synthesis of nano-objects | |
| CN108468071A (en) | Electrochemical ion impact prepares the method and its application of inorganic non-metallic material quantum dot | |
| JP5863178B2 (en) | Method for producing alkali metal and / or alkaline earth metal doped nanoparticles by plasma treatment in microwave liquid and mass spectrometric method using the same | |
| Frischkorn et al. | Electronic relaxation dynamics of carbon cluster anions: Excitation of the C̃ 2 Π g← X̃ 2 Π u transition in C 6− | |
| RU2475298C1 (en) | Method of making nanopowders from various electrically conducting materials | |
| Zhang et al. | Plasma catalytic synthesis of silver nanoparticles | |
| JP2014037618A (en) | Deposition device and deposition method | |
| Delaportas et al. | Ta2O5 crystalline nanoparticle synthesis by DC anodic arc in water | |
| CN102933015A (en) | Polarization-enhanced discharge electrode formed by one-dimensional nanostructures | |
| CN106270836A (en) | Spark discharge prepares the method for fluorescent carbon quantum dot | |
| JP6143260B2 (en) | Method and apparatus for producing composite nanoparticles | |
| RU2693734C1 (en) | Generator for producing nanoparticles in pulse-periodic gas discharge | |
| US20230331558A1 (en) | Method for exfoliating and/or functionalising lamellar objects and associated device | |
| RU2556938C2 (en) | Method of obtaining colloidal solution of nano-sized carbon | |
| Fedoseev et al. | Elongated dust particles growth in a spherical glow discharge in ethanol | |
| Cha et al. | Photoelectron spectroscopy of clusters and adsorbates on clusters | |
| Huo et al. | High-Efficiency Synthesis of Giant Fullerenes from Single-Carbon Molecules | |
| Stauss et al. | 9 Synthesis of Higher Diamondoids by Pulsed Laser Ablation Plasmas in Supercritical Fluids | |
| Shirafuji et al. | Application of Integrated Micro Solution Plasma to Decomposition of Organic Substances in Water | |
| RU2005135747A (en) | PROBE METHOD FOR FORMING NANOELEMENTS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180605 |