Библиографическое описание:

Жуков М. О. Очистка углеродного наноматериала «Таунит» при помощи вакуумных электропечей [Текст] // Технические науки: теория и практика: материалы Междунар. науч. конф. (г. Чита, апрель 2012 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2012. — С. 123-124.

В настоящее время углеродный наноматериал «Таунит» изготавливают в промышленных масштабах. Основным методом его получения является каталитический пиролиз. Суть его состоит в том, что нановолокна образуются при разложении углеводородов под действием высоких температур (600-900 °С) в присутствии катализаторов. В результате реакции образуется смесь наноматериала с порошкообразными носителями катализатором [1,с.2]. Особенностью пиролитических методов является окклюзия частиц катализатора в закрытых полостях углеродных нанопродуктов. Для очистки углеродных нанопродуктов от металлов-катализаторов и носителей смесь обрабатывают концентрированными кислотами, промывают дистиллированной водой и сушат. Окклюдированные частицы металлов не растворяются в кислотах и загрязняют нанотрубки и нановолокна.

Неочищенный «Таунит» содержит поверхностный водород, аморфный углерод, графитизированные частицы и частицы оксида магния с металлами (до 60 масс. %), а отмытые в кислоте углеродные нанотрубки (УНТ) – поверхностный водород, аморфный углерод, окклюдированный катализатор и графитизированные частицы в сумме до 10%.

Таким образом, очистка кислотами с последующей промывкой водой и сушкой не позволяет полностью удалить зольные примеси. К тому же образуется большое количество экологически вредных отходов.

Для электродов химических источников, портативных компьютеров, для атомной техники, приборостроения требуются УНТ и УНВ с чистотой не менее 99,9%.

Широко известно, что при воздействии на углерод высокими температурами содержавшиеся в нем примеси испаряются. Но, в свою очередь, это может вызвать процесс графитации - изменение структуры углеродного материала [2,с.68]. Оксиды катализатора при их нагреве в присутствии высокодисперсного наноматериала могут восстанавливаться до металлов, образовывать карбиды и удаляться в виде окиси или двуокиси углерода. Данный эффект достигается понижением давления, а как следствие скорости реакции. Температура взаимодействия углерода с основными веществами, используемыми в качестве катализаторов варьируется от 400 °С (начало взаимодействия) до 1300 °С (легкоплавкая эвтектика) у Ni; и около 1650 °С у MgO. В целом известно, что при 1000 – 2300 °С в вакууме скорость испарения большинства элементов, применяемых для получения не только УНМ «Таунит», но и для многих других наноматериалов получаемых методом пиролиза и остающихся в качестве примесей значительно выше чем у углерода. Данный факт говорит о том, что применение для очистки углеродных наноматериалов в вакууме, а именно в вакуумных печах, перспективный, но главное легко реализуемый на практике метод.

Таблица1

Содержание примесей в сходных и очищенных наноматериалах в зависимости от температуры при выдержке 1 час.

Катализатор

Зольность образца, масс %, при температуре, °С

Исходный

1500

1700

1800

1900

Ni:La2O3

23–25

< 0,1

-

< 0,1

< 0,1

Ni:AL2O3

23-25

23,1

-

-

< 0,1

Ni:MgO

9-12

-

-

< 0,1

< 0,1

Ni

21,2

20,17

< 0,1

-

< 0,1

Вывод: метод очистки углеродного наноматериала «Таунит» при помощи вакуумной электропечи является эффективным, экологичным, экономически выгодным.


Литература:
  1. Ткачев А.Г., Шубин И.Н., Попов А.И. Промышленные технологи и инновации. Оборудование для наноиндустрии и технология его изготовления.// Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010.
  2. Островский В.С., Виргильев Ю.С., Костиков В.И., Сысков К.И. Искусственный графит.// М.: Металлургия, 1986.
Основные термины: аморфный углерод, графитизированные частицы, поверхностный водород, очистки углеродных, углеродных нанопродуктов, частицы оксида магния, Окклюдированные частицы металлов, углерод высокими температурами, очистки углеродных нанопродуктов, очистки углеродных наноматериалов, окклюзия частиц катализатора, полостях углеродных нанопродуктов, кислоте углеродные нанотрубки, Температура взаимодействия углерода, помощи вакуумных электропечей, вакууме скорость испарения, порошкообразными носителями катализатором, действием высоких температур, Издательство Молодой ученый, последующей промывкой водой

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle