способ получения углеродосодержащих наночастиц
Классы МПК: | C01B31/02 получение углерода B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур B82Y40/00 Изготовление или обработка нано-структур C01B31/06 алмаз |
Автор(ы): | Агриков Юрий Михайлович (RU), Воропаев Сергей Александрович (RU), Дуюнов Дмитрий Александрович (RU), Дуюнов Евгений Дмитриевич (RU), Иванов Сергей Александрович (RU), Блинов Вадим Леонидович (RU), Семенов Александр Юрьевич (RU), Яковлев Игорь Николаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "АС и ПП" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-08-17 публикация патента:
10.06.2013 |
Изобретение может быть использовано в плазмохимии и фармакологии. С помощью парожидкостного плазмотрона формируют плазменную струю из спирта или его водного раствора. Плазменную струю вводят в объем воды, погружая сопло плазмотрона перпендикулярно поверхности воды на глубину 10-20 мм. Техническим результатом является получение наноалмазов 20-40 нм в непрерывном процессе. 3 ил.
Формула изобретения
Способ получения алмазных наночастиц, включающий формирование с помощью плазмотрона плазменной струи, которую вводят в объем жидкости, отличающийся тем, что струю формируют с помощью парожидкостного плазмотрона из спирта или его водного раствора и вводят в объем воды.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к синтезу алмазных наночастиц, которые могут быть использованы в катализаторах, автомобильных маслах и фармакологии.
Известно превращение различных форм углерода в алмаз при давлении порядка 100000 кг/см2 (RU 2359902, С01В 31/06).
Известен процесс получения искусственных алмазов при этом давлении.
Известно также, что при схлопывании кавитационных пузырьков в воде образуются локальные области давления более 10000 кг/см2.
Известны преимущества парожидкостных плазмотронов (RU 996678, 2010) по сравнению с газовыми плазмотронами, обусловленные более высокими значениями энтальпии (теплосодержания) плазменной струи (RU 2397848, 2010).
Известны способ и устройство плазмохимического синтеза нанообъектов RU 2371381, 2009 (аналог). Этот способ заключается в том, что создают плазму путем пропускания плазмообразующего газа через электрическую дугу с выходом плазмы через сопло, в которое вводят исходный дисперсный материал, и воздействуют на плазму и этот материал высокочастотным полем, при этом в область между зоной реакции и водоохлаждаемой камерой подают поток охлаждающего инертного газа, дополнительно в плазму вводят катализатор путем испарения катода, который перемещают по мере его испарения, и в низкотемпературной области плазмы системой возбуждения электронов повышают энергию их путем подачи напряжения 25 В на эмиттер системы возбуждения, при этом в охлаждающий поток газа вводят диспергированную жидкость и создают условия сопряжения плазменного реактора с ВЧ-полем. В способе осуществляют плазмохимический синтез в зоне каталитической реакции на внешней границе плазменного ядра, где температура 2500 К. После первичного охлаждения в газовой атмосфере реакционной камеры газовый поток, содержащий синтезированные нанообъекты, направляют для окончательного охлаждения в камеру с охлаждающей жидкостью, которая не контактирует с плазмой.
Недостатком аналога является сложность оборудования для его реализации, так как способ синтеза нанообъектов базируется на трудноконтролируемых и сложных плазмохимических процессах с использованием катализаторов.
Известен способ получения углеродосодержащих наночастиц (BY 11283 С01В 31/00, 2008 - прототип), включающий формирование плазменной струи с помощью плазмотрона и введения струи в объем жидких углеводородов. В способе плазмотрон работает на газообразном углеводородном рабочем теле. Недостатком способа является пожароопасность из-за совместного применения плазмы и углеводородов.
Предлагаемое изобретение направлено на реализацию непрерывного процесса получения алмазных наночастиц (наноалмазов) с использованием серийно выпускаемого оборудования.
Возможность реализации изобретения основана на том, что при введении в воду плазменной струи со скоростью ее истечения из сопла порядка 100 м/сек из-за возникающих больших градиентов скоростей и температур, взрывного пара - и вихреобразования в объеме воды в зоне контакта с плазмой происходит образование кавитационных пузырьков, внутрь которых попадают атомы углерода, как продукт диссоциации молекул спирта в плазме. При схлопывании пузырьков при возникающем давлении более 10000 кг/см2 образуются в соответствии с известной диаграммой фазовых состояний углерода наноалмазы, которые концентрируются в воде в виде взвеси. Наиболее простой способ их извлечения их из водной взвеси - выпаривание.
Техническим результатом является осуществление непрерывного процесса получения наноалмазов 20-40 нм.
Достигается это тем, что способ получения алмазных наночастиц включает формирование с помощью парожидкостного плазмотрона плазменной струи из спирта или его водного раствора (которые используют в качестве рабочего тела плазмотрона) и вводят струю в объем воды. Полученную взвесь наночастиц в воде испаряют для их извлечения.
ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
Нанодисперсную алмазную фазу углерода в виде наночастиц получают с помощью плазменного комплекса «Горынычъ», серийно выпускаемого в соответствии с патентом RU 93712, 2010 при токе 6А и напряжении 120 В на панеле управления плазмотрона и при использовании сопла с отверстием, диаметром 1,2 мм, а в качестве плазмообразующего рабочего тела используют 80%-ный раствор этанола в дистиллированной воде. Для этого используют открытый сверху стеклянный сосуд объемом 1 л или более с водой комнатной температуры (для увеличения длительности процесса используют сосуд с проточной водой, расход которой 0,01-0,05 л/мин в зависимости от требуемой концентрации наноалмазов в воде). Формируют плазменную струю длиной 200-300 мм, далее вводят ее в объем воды, погружая в нее сопло плазмотрона перпендикулярно поверхности воды на глубину 10-20 мм и удерживают плазмотрон в этом положении в течение не менее 20 мин и более для получения заметной концентрации наноалмазов. Наличие наноалмазов в воде контролируют с помощью люминесценции по характерному для алмаза голубовато-синеватому высвечиванию взвеси при освещении воды в сосуде ультрафиолетовым источником света. Далее полученную взвесь выпаривают.
На фиг.1 и 2 представлены изображения наноалмазов, полученные в электронном микроскопе. На фиг.3 представлена электронограмма наноалмазов.
Таким образом поставленная задача получения наноалмазов достигнута.
Класс C01B31/02 получение углерода
Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
Класс B82Y40/00 Изготовление или обработка нано-структур