RU2337062C2 - Method of obtaining carbon nanostructures fron organic compound and metal-containing substances - Google Patents

Method of obtaining carbon nanostructures fron organic compound and metal-containing substances Download PDF

Info

Publication number
RU2337062C2
RU2337062C2 RU2006130921/15A RU2006130921A RU2337062C2 RU 2337062 C2 RU2337062 C2 RU 2337062C2 RU 2006130921/15 A RU2006130921/15 A RU 2006130921/15A RU 2006130921 A RU2006130921 A RU 2006130921A RU 2337062 C2 RU2337062 C2 RU 2337062C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
pva
nickel
metallurgical dust
metallurgical
Prior art date
Application number
RU2006130921/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006130921A (en
Inventor
Владимир Иванович Кодолов (RU)
Владимир Иванович Кодолов
Вера Владимировна Кодолова (RU)
Вера Владимировна Кодолова
Надежда Владимировна Семакина (RU)
Надежда Владимировна Семакина
Елена Григорьевна Волкова (RU)
Елена Григорьевна Волкова
Людмила Григорьевна Макарова (RU)
Людмила Григорьевна Макарова
Григорий Иванович Яковлев (RU)
Григорий Иванович Яковлев
Original Assignee
Институт прикладной механики УрО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт прикладной механики УрО РАН filed Critical Институт прикладной механики УрО РАН
Priority to RU2006130921/15A priority Critical patent/RU2337062C2/en
Publication of RU2006130921A publication Critical patent/RU2006130921A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2337062C2 publication Critical patent/RU2337062C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: as metal-containing substance wastes of non-ferrous metallurgy production is used - metallurgical dust, obtained as result of roasting of magnetic fractions and nickel concentrate, containing oxides of cobalt, nickel, copper, sulfides of nickel and copper. In presence of water mixture of metallurgical dust and polyvinyl alcohol (PVA) is prepared in ratio 1 mole of NiO contained in metallurgical dust per 1-4 moles of PVA. 5-10% PVA solution or dry PVA, which is crushed together with metallurgical dust with addition of minimal water amount for moistening and "connecting" components, can be used. Obtained mixture is dried on glass padding at 50°C, after which thermal processing with step-by-step heating to 400°C is carried out. Tubular, fused, sphere-shaped nanostructures are obtained, which can be hollow or filled with metals and their compounds: Ni, Cu, CoO, NiO, Cu2O are obtained.
EFFECT: reduction of energy consumption and cost of target product; use of cheap raw material and metallurgical production wastes.
8 dwg, 12 ex

Description

Изобретение относится к области координационной химии, включая физикохимию наноструктур и коллоидных систем, и заключается в том, что получение металлсодержащих углеродных наноструктур проводится путем дегидратации и дегидрирования с последующими стадиями карбонизации поливинилового спирта и восстановлением металлов из их соединений.The invention relates to the field of coordination chemistry, including the physiochemistry of nanostructures and colloidal systems, and consists in the fact that the preparation of metal-containing carbon nanostructures is carried out by dehydration and dehydrogenation with subsequent stages of carbonization of polyvinyl alcohol and the recovery of metals from their compounds.

Известны способы получения металлсодержащих углеродных наноструктур, например, электродуговым способом, где для увеличения эффективности синтеза углеродных наноструктур используют металлы, которые выполняют роль катализаторов [1, Y.Saito // Carbon, 1995, v 33, Is 7, p.979]. Существуют способы получения углеродных наноструктур, содержащих железо, методом диспергирования в планетарной шаровой мельнице при измельчении его порошков в гептане с добавкой олеиновой кислоты в атмосфере чистого аргона с последующим отжигом смеси при температуре 800°С [2, А.В.Сюгаев, Коррозионное поведение высокодисперсных систем на основе железа, полученных измельчением в органических средах. - Диссер. канд. хим. наук, Ижевск: ФТИ УрО РАН, 2005]. При получении углеродных нановолокон из углеводородной плазмы (метан или смесь метана и водорода) в присутствии никеля (катализатора) отмечено [3, H.S.Kang, H.J.Yoon, C.O.Kim etal // Chem.Phys. Lett., 2001, v.349, p.196], что металл находится только в торцах образованного цилиндрического нанопродукта. Получение многостенных графитированных нанотрубок с включениями железа и его соединений возможно из поливинилового спирта в присутствии распределенных в ПВС железооксидных и железных наночастиц при температуре до 800°С в атмосфере азота [4, А.Н. Озерин // сб: Материалы 17-го Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. - Казань: КГУ, 2003, т.3, с.13]. В указанных способах получение металлсодержащих углеродных наноструктур происходит при температуре не ниже 600°С.Known methods for producing metal-containing carbon nanostructures, for example, by electric arc method, where to increase the efficiency of synthesis of carbon nanostructures using metals that act as catalysts [1, Y.Saito // Carbon, 1995, v 33, Is 7, p.979]. There are methods for producing carbon nanostructures containing iron by dispersion in a planetary ball mill by grinding its powders in heptane with the addition of oleic acid in a pure argon atmosphere, followed by annealing the mixture at a temperature of 800 ° C [2, A.V. Syugaev, Corrosion behavior of highly dispersed iron-based systems obtained by grinding in organic media. - Disser. Cand. Chem. Sciences, Izhevsk: FTI UB RAS, 2005]. When producing carbon nanofibers from hydrocarbon plasma (methane or a mixture of methane and hydrogen) in the presence of nickel (catalyst), it was noted [3, H.S. Kang, H.J. Yoon, C.O. Kim etal // Chem.Phys. Lett., 2001, v.349, p.196], that the metal is only at the ends of the formed cylindrical nanoproduct. The preparation of multi-walled graphitized nanotubes with inclusions of iron and its compounds is possible from polyvinyl alcohol in the presence of iron oxide and iron nanoparticles distributed in PVA at temperatures up to 800 ° C in a nitrogen atmosphere [4, А.N. Ozerin // Sat: Materials of the 17th Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry. - Kazan: KSU, 2003, v.3, p.13]. In these methods, the preparation of metal-containing carbon nanostructures occurs at a temperature not lower than 600 ° C.

Недостатки аналоговDisadvantages of analogues

При получении наноструктур электродуговым способом [1] велик расход электроэнергии и высока температура (более 1000°С), сравнительно мал выход целевого нанопродукта. В большинстве случаев получаемые этим способом нанопродукты не содержат металлов. Наноструктуры, полученные механохимическим способом с последующим отжигом при 800°С [2], содержат металл в торцах тубуленов, иначе говоря, не получаются металлические наночастицы в углеродных оболочках. Аналогичные результаты получены при использовании способа, предлагаемого в работе [3]. Кроме того, синтез углеродных нановолокон из углеродсодержащих прекурсоров низкопроизводителен. Способ получения нанотрубок с включением железа и его соединений [4] осуществляется при высокой температуре (800°С) и в атмосфере азота. Полученные нанопродукты представляют собой многостенные углеродные нанотрубки.When nanostructures are obtained by the electric arc method [1], the energy consumption is high and the temperature is high (more than 1000 ° C), the yield of the target nanoproduct is relatively small. In most cases, the nanoproducts obtained in this way do not contain metals. Nanostructures obtained by the mechanochemical method followed by annealing at 800 ° C [2] contain metal at the ends of tubulenes; in other words, metal nanoparticles in carbon shells are not obtained. Similar results were obtained using the method proposed in [3]. In addition, the synthesis of carbon nanofibers from carbon-containing precursors is low efficient. A method of producing nanotubes with the inclusion of iron and its compounds [4] is carried out at high temperature (800 ° C) and in a nitrogen atmosphere. The resulting nanoproducts are multi-walled carbon nanotubes.

Наиболее близким техническим решением является способ низкотемпературного синтеза многослойных тубуленов из поливинилового спирта в присутствии хлоридов меди, кобальта, никеля при температуре 250°С-400°С [5, В.И.Кодолов, А.А.Дидик, А.Ю.Волков, Е.Г.Волкова. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур из органического соединения с добавками неорганических солей // Патент №2221744, 2004, С01В 31/02].The closest technical solution is the method of low-temperature synthesis of multilayer tubulenes from polyvinyl alcohol in the presence of copper, cobalt, nickel chlorides at a temperature of 250 ° C-400 ° C [5, V.I. Kodolov, A.A. Didik, A.Yu. Volkov , E.G. Volkova. A method of producing metal-containing carbon nanostructures from an organic compound with the addition of inorganic salts // Patent No. 2221744, 2004, СВВ 31/02].

Данный прототип имеет следующие недостатки:This prototype has the following disadvantages:

- использование хлоридов металлов в качестве сырья, в первую очередь, - это расход материла, который не является дешевым сырьем для синтеза, а также в процессе синтеза основным побочным продуктом является хлороводород - токсичный газ.- the use of metal chlorides as a raw material, first of all, is the consumption of material, which is not a cheap raw material for synthesis, and also in the process of synthesis the main by-product is hydrogen chloride - a toxic gas.

- для синтеза используются отдельно хлориды меди, кобальта, никеля, а не их комбинации. При использовании комбинаций можно говорить о комплексном действии катализатора.- for the synthesis, chlorides of copper, cobalt, nickel are used separately, and not their combinations. When using combinations, we can talk about the complex effect of the catalyst.

Задачи изобретения:Objectives of the invention:

1) получение металлсодержащих наноструктур при использовании отходов металлургического производства;1) obtaining metal-containing nanostructures using waste metallurgical production;

2) снижение выделения токсичных побочных продуктов;2) reduction in the release of toxic by-products;

3) получение сравнительно недорогого нанопродукта, который может использоваться в качестве активной модифицирующей добавки в различных материалах.3) obtaining a relatively inexpensive nanoproduct that can be used as an active modifying additive in various materials.

Данные задачи решаются, в первую очередь, правильным подбором отхода металлургического производства. В качестве неорганического компонента синтеза выбрана металлургическая пыль, полученная в результате обжига магнитной фракции и никелевого концентрата.These tasks are solved, first of all, by the correct selection of metallurgical production waste. As an inorganic component of the synthesis, metallurgical dust obtained by burning the magnetic fraction and nickel concentrate was selected.

Обоснование выбора: 1) пыль содержит соединения металлов, которые широко используются в различных способах для получения наноструктур, в том числе и металлсодержащих углеродных наночастиц; 2) пыль состоит на 90% из оксидов металлов, что будет способствовать снижению выхода токсичных побочных продуктов; 3) пыль является тонкодисперсной, что позволит сократить время и энергию на подготовку материала к синтезу.The rationale for the choice: 1) the dust contains metal compounds that are widely used in various methods for producing nanostructures, including metal-containing carbon nanoparticles; 2) the dust consists of 90% of metal oxides, which will help reduce the yield of toxic by-products; 3) the dust is finely dispersed, which will reduce the time and energy for preparing the material for synthesis.

Реакционную смесь готовят механическим растиранием твердых компонентов с добавлением небольшого количества воды для «связывания» компонентов или смешением водного раствора поливинилового спирта с тонкодисперсным порошком металлургической пыли, далее производят высушивание смесей до получения пленки геля или, в случае смешивания твердых компонентов, твердого состояния смеси.The reaction mixture is prepared by mechanical grinding of the solid components with the addition of a small amount of water to “bind” the components or by mixing an aqueous solution of polyvinyl alcohol with finely divided powder of metallurgical dust, then the mixtures are dried to obtain a gel film or, in the case of mixing the solid components, the mixture is solid.

Технический результат: использование отхода металлургического производства для синтеза наноструктур при относительно невысоких температурах. Отмечено образование как одиночных нанотрубок (полых или заполненных металлсодержащей фазой), так и их скоплений, образуются также шаровидные наноструктуры с металлом (или его соединениями) внутри. Снижается выделение токсичных газов в результате синтеза за счет применения в качестве неорганической фазы пыль, которая на 90% содержит оксиды.Effect: the use of metallurgical waste for the synthesis of nanostructures at relatively low temperatures. The formation of both single nanotubes (hollow or filled with a metal-containing phase) and their clusters was noted, spherical nanostructures with metal (or its compounds) inside are also formed. The emission of toxic gases as a result of synthesis is reduced due to the use of dust, which contains 90% oxides, as an inorganic phase.

В реакционной смеси, состоящей из ПВС и металлургической пыли состава 81,2% NiO, 8,1% NiS, 6% CuO, 2,5% CuS, 2% CoO, при механическом растирании или при смешении водного раствора и тонкодисперсной металлургической пыли происходит первоначально формирование мономолекулярного слоя полимера на поверхности неорганической фазы. Далее за счет активного взаимодействия ионов металлов указанных соединений с гидроксильными группами поливинилового спирта происходит координация неорганической фазы относительно молекул поливинилового спирта. При нагревании происходят процессы дегидратации и дегидрирования цепей поливинилового спирта под воздействием соединений металлов с последующей карбонизацией ПВС и восстановлением металлов из их соединений. Таким образом, происходит образование наноструктур шаровидной и цилиндрической формы, заполненных металлсодержащей фазой. Основными побочными продуктами синтеза являются пары воды и в минимальных количествах сероводород или сернистый ангидрид. Концентрация токсичного газа по сравнению с прототипом очень низкая благодаря наличию в пыли оксидов металлов. Неорганическая фаза является одновременно структурирующим и окисляющим компонентом, способствующим карбонизации ПВС.In a reaction mixture consisting of PVA and metallurgical dust with a composition of 81.2% NiO, 8.1% NiS, 6% CuO, 2.5% CuS, 2% CoO, during mechanical grinding or when a mixture of an aqueous solution and finely divided metallurgical dust occurs initially the formation of a monomolecular polymer layer on the surface of the inorganic phase. Further, due to the active interaction of metal ions of these compounds with the hydroxyl groups of polyvinyl alcohol, the inorganic phase is coordinated with respect to polyvinyl alcohol molecules. When heated, the processes of dehydration and dehydrogenation of polyvinyl alcohol chains occur under the influence of metal compounds, followed by carbonization of PVA and the reduction of metals from their compounds. Thus, spherical and cylindrical nanostructures are formed, filled with a metal-containing phase. The main by-products of the synthesis are water vapor and in minimal quantities hydrogen sulfide or sulfur dioxide. The concentration of toxic gas compared to the prototype is very low due to the presence of metal oxides in the dust. The inorganic phase is both a structuring and oxidizing component that promotes the carbonation of PVA.

При смешивании твердых компонентов при общей массе смеси 3 г образуется примерно 2 г нанопродукта. Соответственно выход составляет около 90% в пересчете на углерод и никель. После температурной обработки 250°С для исследования структуры полученный образец промывается горячей дистиллированной водой для удаления оставшегося поливинилового спирта и высушивается. После термической обработки до 400°С полученный нанопродукт в отличие от прототипа не промывался.When mixing solid components with a total mass of 3 g, approximately 2 g of nanoproduct is formed. Accordingly, the yield is about 90% in terms of carbon and nickel. After a temperature treatment of 250 ° C to study the structure, the resulting sample is washed with hot distilled water to remove the remaining polyvinyl alcohol and dried. After heat treatment up to 400 ° C, the obtained nanoproduct, unlike the prototype, was not washed.

Изучение структуры и состава полученных продуктов карбонизации проводится методами просвечивающей электронной микроскопии, электронной дифракции и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией (РФЭС).The structure and composition of the obtained carbonization products are studied by transmission electron microscopy, electron diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

Используется просвечивающий электронный микроскоп JEM-200СХ с ускоряющим напряжением 160 кВ и приставкой электронной дифракции, исследования методом РФЭС проводятся на электронном магнитном спектрометре с возбуждением Al - линией. Вакуум в камере спектрометра 10-3 Па. Разрешение прибора 1,2 эВ, точность положения пиков 0,1 эВ.A JEM-200CX transmission electron microscope with an accelerating voltage of 160 kV and an electron diffraction prefix is used; XPS studies are carried out on an electronic magnetic spectrometer with Al line excitation. The vacuum in the chamber of the spectrometer is 10 -3 Pa. The resolution of the device is 1.2 eV, the accuracy of the position of the peaks is 0.1 eV.

В результате исследования методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии в образцах, подверженных термической обработке при 400°С, найдены углеродные наноструктуры, углеродные металлсодержащие наноструктуры, металлические наночастицы.As a result of a study using transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, carbon nanostructures, carbon metal-containing nanostructures, and metal nanoparticles were found in samples subjected to heat treatment at 400 ° C.

Изобретение поясняется графическими материалами.The invention is illustrated in graphic materials.

На фиг.1 представлен фрагмент углеродной нанотрубки, частично заполненной металлсодержащей фазой.Figure 1 shows a fragment of a carbon nanotube partially filled with a metal-containing phase.

На фиг.2 представлены шаровидные углеродные наноструктуры, заполненные металлсодержащей фазой.Figure 2 presents spherical carbon nanostructures filled with a metal-containing phase.

На фиг.3 представлен фрагмент скопления углеродных наноструктур, частично заполненных металлсодержащей фазой.Figure 3 presents a fragment of a cluster of carbon nanostructures partially filled with a metal-containing phase.

На фиг.4 представлена металлсодержащая наночастица.Figure 4 presents a metal-containing nanoparticle.

На фиг.5 представлены углеродсодержащие пленки с включенными в них наночастицами металлов и их соединениями.Figure 5 presents carbon-containing films with incorporated metal nanoparticles and their compounds.

На фиг.6 представлены вытянутые пленочные наноструктуры, подобные нанотрубкам, заполненные металлической и металлоксидной фазой.6 shows elongated film nanostructures like nanotubes filled with a metal and metal oxide phase.

На фиг.7 представлены рентгеноэлектронные спектры С1s образцов 1, 2 (образец 1 - металлургическая пыль, образец 2 - полученный продукт при взаимодействии ПВС и металлургической пыли).Figure 7 presents the X-ray electron spectra of C1s of samples 1, 2 (sample 1 is metallurgical dust, sample 2 is the resulting product in the interaction of PVA and metallurgical dust).

На фиг.8 представлены рентгеноэлектронные спектры Ni3p образцов 1, 2 (образец 1 - металлургической пыли, образец 2 - ПВС + металлургическая пыль).On Fig presents x-ray spectra of Ni3p samples 1, 2 (sample 1 - metallurgical dust, sample 2 - PVA + metallurgical dust).

Пример 1. Предлагаемый способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур реализован следующим образом.Example 1. The proposed method for producing metal-containing carbon nanostructures is implemented as follows.

Смесь поливинилового спирта и металлургической пыли состава NiS - 8,1%, CuO - 6%, CuS - 2,5%, NiO - 81,2%, CoO - 2% в мольном соотношении 1:4 (4 молям элементарных звеньев ПВС соответствует 1 моль оксида никеля, так как это соединение является преобладающим по массе в металлургической пыли) получается растиранием в фарфоровой ступке с добавлением небольшого количества воды для «связывания» компонентов. Затем она помещается на стеклянную подложку и выдерживается при температуре 50°С в сушильном шкафу до затвердевания. Полученная твердая смесь помещается в тигли и подвергается ступенчатой температурной обработке до температуры 400°С. На фиг.1 и 2 представлены наноструктуры, полученные данным способом синтеза. Диаметр нанотрубки на фиг.1 - 120 нм, наноструктур на фиг.2 - от 30 до 240 нм. На фиг.1 приведена картина электронной дифракции, которая свидетельствует о наличии никеля в нанотрубке, имеющиеся «тяжи» дают основание говорить об образовании углеродной нанотрубки. В полученных наноструктурах находятся также металлические частицы Cu и Ni и присутствуют оксиды CoO, NiO, Cu2О. На фиг.8 при сравнении спектров образцов с эталоном можно увидеть расхождение в пиках, снижение количества металла во втором образце по сравнению с первым. Это еще одно подтверждение тому, что имеют место процессы восстановления металла при взаимодействии поливинилового спирта с металлургической пылью и наличие металла в углеродных слоях, то есть образование углеродных металлсодержащих наноструктур. На фиг.4 представлена наночастица никеля, расположенная на поверхности углеродной пленки. На фиг.7 в образце 2 присутствует в значительных количествах составляющая С-Csp2, это еще одно подтверждение наличия нанотрубок в образце.A mixture of polyvinyl alcohol and metallurgical dust with the composition NiS - 8.1%, CuO - 6%, CuS - 2.5%, NiO - 81.2%, CoO - 2% in a molar ratio of 1: 4 (4 moles of PVA elementary units correspond to 1 mol of nickel oxide, since this compound is the predominant mass in metallurgical dust) is obtained by grinding in a porcelain mortar with the addition of a small amount of water to "bind" the components. Then it is placed on a glass substrate and maintained at a temperature of 50 ° C in an oven until solidified. The resulting solid mixture is placed in crucibles and subjected to stepwise heat treatment to a temperature of 400 ° C. Figures 1 and 2 show the nanostructures obtained by this synthesis method. The diameter of the nanotube in figure 1 is 120 nm, the nanostructure in figure 2 is from 30 to 240 nm. Figure 1 shows the electron diffraction pattern, which indicates the presence of nickel in the nanotube, the existing "strands" give reason to talk about the formation of a carbon nanotube. The obtained nanostructures also contain metal particles of Cu and Ni and the oxides CoO, NiO, Cu 2 O are present. In Fig. 8, when comparing the spectra of the samples with the reference, one can see a difference in peaks, a decrease in the amount of metal in the second sample compared to the first. This is another confirmation that there are metal reduction processes during the interaction of polyvinyl alcohol with metallurgical dust and the presence of metal in the carbon layers, i.e. the formation of carbon metal-containing nanostructures. Figure 4 presents a nickel nanoparticle located on the surface of a carbon film. 7, in the sample 2 is present in significant quantities component C-Csp 2 is another confirmation of the nanotubes in the sample.

Пример 2. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 1, в котором исходную смесь готовят смешением 10% водного раствора ПВС с тонкодисперсной металлургической пылью с последующим высушиванием в сушильном шкафу при температуре 50°С до получения пленки геля. Высушенные пленки измельчаются в фарфоровой ступке и далее подвергаются обработке, аналогичной описанной в примере 1. На фиг.3 приведены наноструктуры, полученные этим способом. Диаметр составляет от 10 до 50 нм. В нанотрубках находятся металлы - никель и медь, а также встречаются оксиды меди (I), кобальта, никеля. Металлы и их соединения располагаются в наноструктурах неравномерно. Рентгеноэлектронные спектры аналогичны полученным в примере 1.Example 2. The method for producing metal-containing carbon nanostructures according to example 1, in which the initial mixture is prepared by mixing a 10% aqueous solution of PVA with fine metallurgical dust, followed by drying in an oven at a temperature of 50 ° C to obtain a gel film. The dried films are crushed in a porcelain mortar and then subjected to processing similar to that described in example 1. Figure 3 shows the nanostructures obtained by this method. The diameter is from 10 to 50 nm. In nanotubes are metals - nickel and copper, and also there are oxides of copper (I), cobalt, nickel. Metals and their compounds are unevenly distributed in nanostructures. X-ray electron spectra are similar to those obtained in example 1.

Пример 3. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 2, где температуру синтеза доводят до 250°С. На фиг.5 б и 6 приведены промежуточные стадии формирования наноструктур. Это углеродсодержащие пленки с включенными в них наночастицами металлов и их соединениями и вытянутые пленочные наноструктуры, подобные нанотрубкам, заполненные металлической и металлоксидной фазой: Ni, Cu, Cu2О, NiO, CoO.Example 3. A method of obtaining a metal-containing carbon nanostructures according to example 2, where the synthesis temperature is adjusted to 250 ° C. Figure 5 b and 6 shows the intermediate stages of the formation of nanostructures. These are carbon-containing films with metal nanoparticles and their compounds included in them and elongated film nanostructures like nanotubes filled with a metal and metal oxide phase: Ni, Cu, Cu 2 O, NiO, CoO.

Пример 4. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 1, в котором температуру синтеза доводят до 300°С. Микроструктура и качественный состав аналогичны описанным в примере 3.Example 4. A method of obtaining a metal-containing carbon nanostructures according to example 1, in which the synthesis temperature is adjusted to 300 ° C. The microstructure and quality composition are similar to those described in example 3.

Пример 5. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 1, где температуру синтеза увеличивают до 250°С. Микроструктура и качественный состав аналогичны описанным в примере 3.Example 5. A method for producing metal-containing carbon nanostructures according to example 1, where the synthesis temperature is increased to 250 ° C. The microstructure and quality composition are similar to those described in example 3.

Пример 6. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 2, в котором температуру синтеза повышают до 300°С. Микроструктура и качественный состав аналогичны описанным в примере 3.Example 6. A method for producing metal-containing carbon nanostructures according to example 2, in which the synthesis temperature is increased to 300 ° C. The microstructure and quality composition are similar to those described in example 3.

Пример 7. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 1, где мольное соотношение ПВС и металлургической пыли (оксида никеля) составляет 1:1. Микроструктура и качественный состав аналогичны описанным в примерах 1 и 2, единственное отличие - это повышенное содержание по сравнению с примерами 1 и 2 на поверхности металлсодержащих наночастиц.Example 7. A method for producing metal-containing carbon nanostructures according to example 1, where the molar ratio of PVA to metallurgical dust (nickel oxide) is 1: 1. The microstructure and qualitative composition are similar to those described in examples 1 and 2, the only difference is the increased content compared to examples 1 and 2 on the surface of metal-containing nanoparticles.

Пример 8. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 2, в котором мольное соотношение ПВС и металлургической пыли (оксида никеля) соответствует 1:1. Микроструктура и качественный состав аналогичны описанным в примере 7.Example 8. The method of producing metal-containing carbon nanostructures according to example 2, in which the molar ratio of PVA and metallurgical dust (nickel oxide) corresponds to 1: 1. The microstructure and quality composition are similar to those described in example 7.

Пример 9. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 7, где температуру синтеза повышают до 250°С. На Фиг.5а показан фрагмент углеродсодержащей пленки с включенными в нее наночастицами металлов и их соединений: Ni, Cu, Cu2O, NiO, CoO.Example 9. A method for producing metal-containing carbon nanostructures according to example 7, where the synthesis temperature is increased to 250 ° C. Figure 5a shows a fragment of a carbon-containing film with nanoparticles of metals and their compounds included: Ni, Cu, Cu 2 O, NiO, CoO.

Пример 10. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 8, в котором температуру синтеза увеличивают до 250°С. Микроструктура и качественный состав аналогичны описанным в примере 9.Example 10. A method of obtaining a metal-containing carbon nanostructures according to example 8, in which the synthesis temperature is increased to 250 ° C. The microstructure and quality composition are similar to those described in example 9.

Пример 11. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 2, где для приготовления смеси используется 5% раствор поливинилового спирта. Микроструктура и качественный состав аналогичны описанным в примере 2.Example 11. A method for producing metal-containing carbon nanostructures according to example 2, where a 5% solution of polyvinyl alcohol is used to prepare the mixture. The microstructure and quality composition are similar to those described in example 2.

Пример 12. Способ получения металлсодержащих углеродных наноструктур по примеру 11, в котором температуру синтеза увеличивают до 250°С. Микроструктура и качественный состав аналогичны описанным в примере 3.Example 12. A method for producing metal-containing carbon nanostructures according to example 11, in which the synthesis temperature is increased to 250 ° C. The microstructure and quality composition are similar to those described in example 3.

Использование предлагаемого способа получения металлсодержащих углеродных наноструктур обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества.Using the proposed method for producing metal-containing carbon nanostructures provides the following advantages compared to existing methods.

1. Использование в качестве реагента для синтеза наноструктур отхода металлургического производства - металлургической пыли, полученной в результате обжига магнитной фракции и никелевого концентрата при производстве никеля, позволяет отнести данный способ к ресурсосберегающим способам получения наноструктур.1. The use of metallurgical waste as a reagent for the synthesis of nanostructures — metallurgical dust obtained by burning the magnetic fraction and nickel concentrate in the production of nickel, allows us to attribute this method to resource-saving methods for producing nanostructures.

2. Снижение в результате синтеза с применением металлургической пыли, содержащей оксиды металлов, выбросов токсичных продуктов.2. Reduction as a result of synthesis using metallurgical dust containing metal oxides, emissions of toxic products.

3. Возможность получения углеродных наноструктур с комбинацией металлов внутри, возможность восстановления металла из их соединений.3. The ability to obtain carbon nanostructures with a combination of metals inside, the ability to recover metal from their compounds.

4. Технологическая простота данного способа, способ не требует дорогостоящего оборудования и может быть использован на производстве дешевого нанопродукта в значительном объеме.4. The technological simplicity of this method, the method does not require expensive equipment and can be used in the production of cheap nanoproduct in a significant amount.

5. Набор нанопродуктов, которые можно разделить и использовать для различных целей.5. A set of nanoproducts that can be divided and used for various purposes.

Claims (5)

1. Способ получения углеродных металлсодержащих наноструктур, включающий приготовление смеси поливинилового спирта (ПВС) с металлсодержащим веществом и термическую обработку полученной смеси, отличающийся тем, что в качестве металлсодержащего вещества используют отход производства цветной металлургии - металлургическую пыль, полученную в результате обжига магнитных фракций и никелевого концентрата, содержащую оксиды кобальта, никеля, меди, сульфиды никеля и меди, причем соотношение металлургической пыли и ПВС выбирают из расчета 1 моль NiO, содержащегося в металлургической пыли, на 1-4 моля ПВС, смесь готовят в присутствии воды с последующей сушкой при 50оС, а термическую обработку полученной смеси ведут при ступенчатом нагреве до температуры, не превышающей 400°С.1. A method of producing carbon metal-containing nanostructures, including preparing a mixture of polyvinyl alcohol (PVA) with a metal-containing substance and heat treatment of the resulting mixture, characterized in that the non-ferrous metallurgy waste is used as the metal-containing substance — metallurgical dust obtained by burning magnetic fractions and nickel concentrate containing oxides of cobalt, nickel, copper, sulfides of Nickel and copper, and the ratio of metallurgical dust and PVA is chosen at the rate of 1 mo l NiO, contained in the metallurgical dust, 1-4 mol PVA mixture is prepared in the presence of water, followed by drying at 50 ° C, and heat treating the obtained mixture is carried out at stepwise heating to a temperature not exceeding 400 ° C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют 5-10%-ный раствор ПВС.2. The method according to claim 1, characterized in that they use a 5-10% solution of PVA. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сухой ПВС, который совместно измельчают с металлургической пылью, добавляя минимальное количество воды для смачивания и «связывания» компонентов.3. The method according to claim 1, characterized in that they use dry PVA, which is co-milled with metallurgical dust by adding a minimum amount of water to wet and “bind” the components. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что ступенчатый нагрев ведут до 300°С.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the stepwise heating is carried out to 300 ° C. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что ступенчатый нагрев ведут до 250°С.5. The method according to claim 3, characterized in that the step heating is carried out up to 250 ° C.
RU2006130921/15A 2006-08-28 2006-08-28 Method of obtaining carbon nanostructures fron organic compound and metal-containing substances RU2337062C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130921/15A RU2337062C2 (en) 2006-08-28 2006-08-28 Method of obtaining carbon nanostructures fron organic compound and metal-containing substances

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130921/15A RU2337062C2 (en) 2006-08-28 2006-08-28 Method of obtaining carbon nanostructures fron organic compound and metal-containing substances

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006130921A RU2006130921A (en) 2008-03-10
RU2337062C2 true RU2337062C2 (en) 2008-10-27

Family

ID=39280346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006130921/15A RU2337062C2 (en) 2006-08-28 2006-08-28 Method of obtaining carbon nanostructures fron organic compound and metal-containing substances

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2337062C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2466098C1 (en) * 2011-03-29 2012-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук Homogeneous nanoparticles of nickel coated with shell and method of their production
RU2515858C2 (en) * 2012-04-19 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Finely-disperse organic suspension of carbon metal-containing nanostructures and method of its production
RU2703624C2 (en) * 2017-11-10 2019-10-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Coaxial regular nano-mesostructures, a method for production thereof and a method of producing microcapsules from said structures
RU2704433C2 (en) * 2017-05-05 2019-10-28 Общество с ограниченной ответственностью "ХИМИЖ" Method of producing carbon metal-containing nanostructures
RU2715655C2 (en) * 2018-06-14 2020-03-02 Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Method of producing metal/carbon nanocomposites

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2466098C1 (en) * 2011-03-29 2012-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук Homogeneous nanoparticles of nickel coated with shell and method of their production
RU2515858C2 (en) * 2012-04-19 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Finely-disperse organic suspension of carbon metal-containing nanostructures and method of its production
RU2704433C2 (en) * 2017-05-05 2019-10-28 Общество с ограниченной ответственностью "ХИМИЖ" Method of producing carbon metal-containing nanostructures
RU2703624C2 (en) * 2017-11-10 2019-10-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Coaxial regular nano-mesostructures, a method for production thereof and a method of producing microcapsules from said structures
RU2715655C2 (en) * 2018-06-14 2020-03-02 Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Method of producing metal/carbon nanocomposites

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006130921A (en) 2008-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thanh et al. A few-layer graphene–graphene oxide composite containing nanodiamonds as metal-free catalysts
Zhang et al. One-pot photochemical synthesis of graphene composites uniformly deposited with silver nanoparticles and their high catalytic activity towards the reduction of 2-nitroaniline
US9120677B2 (en) Bulk preparation of holey graphene via controlled catalytic oxidation
Wang et al. Preparation of smooth single‐crystal Mn3O4 nanowires
Mou et al. Forming mechanism of nitrogen doped graphene prepared by thermal solid-state reaction of graphite oxide and urea
Xu Prospects and research progress in nano onion-like fullerenes
KR100792267B1 (en) Laser pyrolysis method for producing carbon nano-spheres
Sankararamakrishnan et al. Synthesis of functionalized carbon nanotubes by floating catalytic chemical vapor deposition method and their sorption behavior toward arsenic
Hassani et al. A simple synthesis of sulfur-doped graphene using sulfur powder by chemical vapor deposition
RU2337062C2 (en) Method of obtaining carbon nanostructures fron organic compound and metal-containing substances
CA2932452A1 (en) Bulk preparation of holey carbon allotropes via controlled catalytic oxidation
WO2015050352A1 (en) Method for preparing carbon nanotube-graphene composite, and carbon nanotube-graphene composite prepared thereby
Zhang et al. Porous gold nanoparticle/graphene oxide composite as efficient catalysts for reduction of 4-nitrophenol
Bai et al. Preparation of reduced graphene oxide/Co 3 O 4 composites and sensing performance to toluene at low temperature
Seitzhanova et al. The characteristics of graphene obtained from rice husk and graphite
Zhang et al. One-step preparation of water-soluble single-walled carbon nanotubes
Li et al. 3D hierarchical honeycomb structured MWCNTs coupled with CoMnAl–LDO: fabrication and application for ultrafast catalytic degradation of bisphenol A
Suslova et al. Transformation of graphene nanoflakes into onion-like carbon during spark plasma sintering
Dao et al. Direct covalent modification of thermally exfoliated graphene forming functionalized graphene stably dispersible in water and poly (vinyl alcohol)
Jehad et al. A comparative study for producing few-layer graphene sheets via electrochemical and microwave-assisted exfoliation from graphite powder
Singh et al. Facile synthetic route to exfoliate high quality and super-large lateral size graphene-based sheets and their applications in SERS and CO 2 gas sensing
Chai et al. A new strategy for the efficient exfoliation of graphite into graphene
Kumar et al. Is precarbonization necessary for effective laser graphitization?
RU2393110C1 (en) Method of making metal-containing carbon nanostructures
Martis et al. Selective decoration of nickel and nickel oxide nanocrystals on multiwalled carbon nanotubes

Legal Events

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

Effective date: 20090829