×
27.07.2013
216.012.599b

СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЦЕРИЯ В СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002488560
Дата охранного документа
27.07.2013
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Получение наночастиц оксида церия СеО осуществляют смешением 0,2 М раствора Се(NO)·6НО со сверхкритической водой. Реакцию проводят при температуре 370-390°С и при давлении 240-260 атмосфер. Отношение объема раствора соли церия к объему свекрхкритической воды равно, предпочтительно, 2:10. Изобретение позволяет получить технический результат, заключающийся в синтезе наночастиц оксидов металлов и создании экологически чистой безотходной технологии. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области получения нано- и микрочастиц оксидов металлов, а именно оксида церия, в сверхкритической воде и может найти применение в получении материалов и соединений высокой чистоты и с уникальными свойствами.

Для синтеза наноструктурных материалов, представителями которых являются наночастицы, нанопленки и нанопроволоки, предложено много методов, которые можно разделить на две принципиальные группы. Первая, получение наноструктур из материалов нормальных размеров, т.е. bulk materials. Вторая, получение наноструктур из систем молекулярного уровня.

Чистые оксиды различных металлов находят широкое применение в практике. Многие оксиды, в первую очередь, Al2O3, W2O5, Cr2O3, Fe2O3 и др., используются в качестве катализаторов, другие - для упрочнения металлов и для получения ферритов.

Основными методами синтеза или получения чистых оксидов металлов являются термическое разложение солей (сухой метод) при высоких температурах и осаждение гидроокисей из растворов (влажный метод) с последующим их прокаливанием.

К основным недостаткам известных методов синтеза оксидов металлов следует отнести:

1. Нитраты щелочных металлов, применяемые в качестве исходных веществ, при прокаливании переходят в нитриты и оксидов не образуют.

2. Прокаливанием некоторых солей очень трудно получить, например, оксиды стронция или бария, так как их карбонаты начинают разлагаться только при 1200-1300°С.

3. Прокаливанием солей трудно получить чистые оксиды металлов.

4. Соли, образованные нелетучими кислотами (фосфаты, бораты, вольфраматы и др.), при нагревании не разлагаются, за исключением солей аммония и ртути, и потому не могут служить исходными веществами для получения оксидов соответствующих металлов.

5. При прокаливании аммонийных солей выделяется аммиак-восстановитель, что может привести к загрязнению получаемого продукта низшими оксидами элементов.

6. Поскольку большинство гидроокисей (для метода получения окислов металлов из гидроокисей), осаждаемых из растворов, трудно получить в чистом, свободном от примесей состоянии, трудно получить индивидуальные окислы в чистом виде также.

7. Дегидратация гидроокисей при их прокаливании не всегда идет до конца, и часто полученные таким образом оксиды содержат небольшое количество гидроокиси.

8. Чистота и свойства оксидов металлов, полученных этими методами, сильно зависят от режима и температуры прокаливания.

Сверхкритические флюиды являются привлекательной средой для синтеза, модификации и формирования наночастиц неорганических материалов, в частности оксидов металлов (TiO2, Cr2O3, LiFePO4) [Reverchon E., Adami R. Nanomaterials and supercritical fluids // J. of Supercritical Fluids. 2006. V.37. P.1; Jung J., Perrut M. Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey // J. of Supercritical Fluids. 2001. V.20. P.179; Zhang Y., Erkey C. Preparation of supported metallic nanoparticles using supercritical fluids: A review // J. of Supercritical Fluids. 2006. V.38. P.252; Aymonier C., Loppiner-Serani A., Reveron H., Garrabos Y., Cansell F. Review of supercritical fluids in inorganic materials science // J. of Supercritical Fluids. 2006. V.38. P.242]. Такие наноструктуры и материалы демонстрируют необычные свойства, отличные от таковых для массивных материалов.

Известен метод синтеза частиц оксидов металлов [T.Adschiri, Y.Hakuta, K.Arai, Hydrothermal synthesis of metal oxide fine particles at supercritical conditions, Ind. Eng. Chem. Res. 39 (2000) 4901; T.Adschiri, Y.Hakuta, K.Sue, K.Arai, Hydrothermal synthesis of metal oxide nanoparticles at supercritical conditions, J.Nanopart. Res. 3 (2001) 227; A.Cabanas, J.Darr, E.Lester, M.Poliakoff, Continuous hydrothermal synthesis of inorganic materials in a near-critical water flow reactor; the one-step synthesis of nano-particulate Ce1-xZrxO2 (x=0-1) solid solutions, J. Mater. Chem. 11 (2001) 561], при помощи которого осуществляют гидротермальный синтез нано- и микрочастиц оксидов металлов в сверхкритической воде - ск-Н2О.

Несколько основных одно- и многостадийных химических реакций прекурсора и солей металлов могут реализовываться при синтезе частиц в ск-Н2О: гидролиз и дегидратация, термолиз, восстановление (как правило, в присутствии водорода) и окисление. В области критических параметров воды увеличивается ее диссоциация и, следовательно, концентрация в ней H+и ОН--. В результате этого, гидротермический синтез в ск-Н2О наночастиц оксидов металлов из их солей осуществляется в результате двухстадийных реакций гидролиза и дегидратации:

Гидролиз: MeBn+nHO-→Me(OH)n+nB-

Дегидратация: Me(OH)n→MeOn/2+n/2H2O

Гидротермальный метод прост в реализации и масштабировании, осуществляется в реакторах автоклавов или проточных трубчатых реакторах, позволяет контролировать свойства и размер частиц.

Известен способ гидротермального синтеза частиц оксидов металлов, принятый нами за прототип [S.Kawasaki, Y.Xiuyi, K.Sue, Y.Hakuta, A.Suzuki, K.Arai. Continuous supercritical hydrothermal synthesis of controlled size and highly crystalline anatase TiO2 nanoparticles. J. Supercritical Fluids 50 (2009) 276-282], при помощи которого проводят непрерывный синтез наночастиц двуокиси титана - TiO2 в сверхкритической воде в присутствие КОН.

К главному недостатку прототипа следует отнести применение КОН для изменения растворимости материалов прекурсора. В результате применения КОН в процессе реакции образуется калия сульфат - K2SO4, удаление которого из продуктов реакции требует дополнительно промывки.

Изобретение решает задачу эффективного синтеза соединений оксидов металлов, а именно оксида церия

Предложен способ получения наночастиц оксида церия CeO2, который осуществляют смешением 0.2 М раствора соли церия Се(NO3)3 6H2O со сверхкритической водой при температуре реакции 370-390°С и давлении 240-260 атм.

Отношение объема раствора соли церия к объему сверхкритической воды равно, предпочтительно, 2:10.

Технический результат - синтез оксида церия на основе наночастиц, создание экологически чистой безотходной технологии.

Исходный маточный раствор для синтеза оксида церия готовят растворением в воде 0.2 М Се(NO3)3 6H2O в воде.

Гидротермальный синтез проводят в непрерывном режиме в реакторе проточного типа, Фиг.1.

Маточный раствор из емкости - 2 шприцевым насосом - 4 подают в трубчатый реактор - 5 объемом 7.2 см3, помещенный в печь с кипящим слоем песка - 7, - поток 1 через смеситель - 6, в котором происходит его смешение со ск-Н2О - поток 2, подаваемый поршневым насосом - 3 из емкости - 1 в непрерывном режиме. Превращения проводят при температурах и давлениях, близких к критическим параметрам смеси, содержащей более 95% воды, - температура 370-390°С, давление 240-260 атм. Продукты взаимодействия солей с ск-Н2О выходят из реактора в теплообменник - 8 через клапан обратного давления - 9 в накопительную емкость - 10.

Продукты гидротермального синтеза, в зависимости от размера и свойств образующихся кристаллов, часто представляют собой неосаждающуюся смесь частиц в воде. Выделение образующихся частиц оксида металла из раствора для анализа твердой фазы проводят центрифугированием раствора или выпариванием, с последующей сушкой твердой фазы.

Структура, фазовый и элементный состав образцов полученных соединений анализируют методами электронной сканирующей микроскопии (HRTEM), рентгено-фазового анализа (XRD). В отдельных случаях, образовавшиеся водные продукты анализируют с использованием метода UV спектроскопии.

Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером и иллюстрациями.

Пример 1. Синтез оксида церия СеО2

Для синтеза готовят 0.2 М раствор соли Се(NO3)3 6H2O в воде. Температура проведения реакции равняется 370-390°С, давление 240-260 атм. Объемный расход воды - поток 2 составляет 10 мл/мин, объемный расход реагента - поток 1 равен 3 мл/мин. Продукты реакции представляют собой раствор белесовато-желтого цвета, с последующим медленным осаждением твердого осадка.

По данным HRTEM, твердые продукты синтеза представляют собой однородную смесь хорошо ограненных изометричных кристаллов с размерами ~100 нм, Фиг.2а, б. Структура кристаллов дислокационная, блочная, наблюдаются дендритовидные срастания этих кристаллов. EDX раствора продуктов дает интенсивную линию Се. По результатам XRD основной синтезируемой твердой фазой является СеО2.

Приведенный пример и иллюстрации демонстрируют, что предложенный метод и условия гидротермального синтеза позволяют синтезировать наночастицы оксидов металлов требуемого размера и свойств.

Как видно из текста и примеров, изобретение решает задачу синтеза соединений оксидов металлов на основе наночастиц, создание экологически чистой безотходной технологии.


СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЦЕРИЯ В СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЕ
СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЦЕРИЯ В СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 19.
20.01.2013
№216.012.1bb3

Катализатор, способ приготовления носителя, способ приготовления катализатора и способ гидроочистки углеводородного сырья

Группа изобретении относится к катализаторам получения нефтяных дистиллятов с низким содержанием серы, способам приготовления таких катализаторов и способам приготовления носителей для этих катализаторов. Описан катализатор, имеющий объем пор 0,3-0,7 см/г, удельную поверхность 170-300 м/г,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472585
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.1f1d

Литий-кобальт-оксидный материал и способ его приготовления

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Литий-кобальт-оксидный материал имеет состав LiCoO, где х может принимать значения от+0,2 до -0,2, постоянную сумму коэффициентов атомного содержания X+Y=2,0 и представляет собой диамагнитную матрицу на основе кристаллитов LiCoO,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473466
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.03.2013
№216.012.2d7e

Способ приготовления катализатора для разложения закиси азота и процесс обезвреживания газовых выбросов, содержащих закись азота

Изобретение относится к способу обезвреживания закиси азота, в том числе и низкоконцентрированных выбросов закиси азота, например, в отходящих газах производства азотной кислоты с использованием катализатора на основе железосодержащего цеолита. Описан способ приготовления катализатора для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477177
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.06.2013
№216.012.4c2f

Способ получения стирола

Изобретение относится к способу получения стирола каталитическим превращением соответствующего ацетофенона в реакторе проточного типа. Способ характеризуется тем, что процесс осуществляют в сверхкритическом двухкомпонентном растворителе с использованием гетерогенного гранулированного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485085
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.07.2013
№216.012.56d3

Синтез наночастиц оксида галлия в сверхкритической воде

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Получение наночастиц оксида галлия GaO осуществляют смешением 0,1 М водного раствора Ga(NO)·8НО со сверхкритической водой. Реакцию проводят при температуре 365-384°С и при давлении 220-240 атмосфер. Отношение объема раствора соли...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487835
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.07.2013
№216.012.56ec

Способ получения 1-фенилэтанола и паразамещенных 1-фенилэтанола

Изобретение относится к способу получения 1-фенилэтанола или пара-замещенного 1-фенилэтанола, который применяют в качестве промежуточных соединений в различных областях органической химии. Способ заключается в каталитическом восстановлении замещенных ацетофенонов в реакторе проточного типа в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487860
Дата охранного документа: 20.07.2013
10.07.2014
№216.012.dd50

Способ получения 1,5,8-пара-ментатриена

Изобретение относится к способу получения 1,5,8-n-ментатриена в реакциях превращения карвона или карвеола в присутствии катализатора. Способ характеризуется тем, что реакцию превращения карвона или карвеола осуществляют в сверхкритическом двухкомпонентном растворителе, который включает в себя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522434
Дата охранного документа: 10.07.2014
27.10.2014
№216.013.0209

Способ получения галогензамещенных ароматических амиов

Изобретение относится к новому способу получения галогензамещенных ароматических аминов. Способ заключается в гидрировании галогензамещенных ароматических нитросоединений в среде изопропанола в присутствии оксида алюминия в качестве гетерогенного катализатора. Процесс осуществляют при подаче...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531919
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.04.2015
№216.013.46c2

Способ получения ароматических диаминов, триаминов из ароматических нитросоединений

Изобретение относится к новому способу получения ароматических диаминов и триаминов, которые используются в качестве промежуточных продуктов для синтеза полимеров, пигментов, пестицидов, красителей, лекарственных препаратов. Способ заключается в восстановлении соответствующих ароматических ди-...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549618
Дата охранного документа: 27.04.2015
10.02.2016
№216.014.c478

Способ получения 3,4-бензоциннолина

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения 3,4-бензоциннолина восстановлением 2,2′-динитробифенила в изопропиловом спирте в качестве растворителя в присутствии гетерогенного катализатора - оксида алюминия (AlO) и сверхкритического растворителя - изопропилового спирта при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574736
Дата охранного документа: 10.02.2016
Показаны записи 1-10 из 12.
20.01.2013
№216.012.1bb3

Катализатор, способ приготовления носителя, способ приготовления катализатора и способ гидроочистки углеводородного сырья

Группа изобретении относится к катализаторам получения нефтяных дистиллятов с низким содержанием серы, способам приготовления таких катализаторов и способам приготовления носителей для этих катализаторов. Описан катализатор, имеющий объем пор 0,3-0,7 см/г, удельную поверхность 170-300 м/г,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472585
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.1f1d

Литий-кобальт-оксидный материал и способ его приготовления

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Литий-кобальт-оксидный материал имеет состав LiCoO, где х может принимать значения от+0,2 до -0,2, постоянную сумму коэффициентов атомного содержания X+Y=2,0 и представляет собой диамагнитную матрицу на основе кристаллитов LiCoO,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473466
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.03.2013
№216.012.2d7e

Способ приготовления катализатора для разложения закиси азота и процесс обезвреживания газовых выбросов, содержащих закись азота

Изобретение относится к способу обезвреживания закиси азота, в том числе и низкоконцентрированных выбросов закиси азота, например, в отходящих газах производства азотной кислоты с использованием катализатора на основе железосодержащего цеолита. Описан способ приготовления катализатора для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477177
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.06.2013
№216.012.4c2f

Способ получения стирола

Изобретение относится к способу получения стирола каталитическим превращением соответствующего ацетофенона в реакторе проточного типа. Способ характеризуется тем, что процесс осуществляют в сверхкритическом двухкомпонентном растворителе с использованием гетерогенного гранулированного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485085
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.07.2013
№216.012.56d3

Синтез наночастиц оксида галлия в сверхкритической воде

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Получение наночастиц оксида галлия GaO осуществляют смешением 0,1 М водного раствора Ga(NO)·8НО со сверхкритической водой. Реакцию проводят при температуре 365-384°С и при давлении 220-240 атмосфер. Отношение объема раствора соли...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487835
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.07.2013
№216.012.56ec

Способ получения 1-фенилэтанола и паразамещенных 1-фенилэтанола

Изобретение относится к способу получения 1-фенилэтанола или пара-замещенного 1-фенилэтанола, который применяют в качестве промежуточных соединений в различных областях органической химии. Способ заключается в каталитическом восстановлении замещенных ацетофенонов в реакторе проточного типа в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487860
Дата охранного документа: 20.07.2013
10.07.2014
№216.012.dd50

Способ получения 1,5,8-пара-ментатриена

Изобретение относится к способу получения 1,5,8-n-ментатриена в реакциях превращения карвона или карвеола в присутствии катализатора. Способ характеризуется тем, что реакцию превращения карвона или карвеола осуществляют в сверхкритическом двухкомпонентном растворителе, который включает в себя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522434
Дата охранного документа: 10.07.2014
27.10.2014
№216.013.0209

Способ получения галогензамещенных ароматических амиов

Изобретение относится к новому способу получения галогензамещенных ароматических аминов. Способ заключается в гидрировании галогензамещенных ароматических нитросоединений в среде изопропанола в присутствии оксида алюминия в качестве гетерогенного катализатора. Процесс осуществляют при подаче...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531919
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.04.2015
№216.013.46c2

Способ получения ароматических диаминов, триаминов из ароматических нитросоединений

Изобретение относится к новому способу получения ароматических диаминов и триаминов, которые используются в качестве промежуточных продуктов для синтеза полимеров, пигментов, пестицидов, красителей, лекарственных препаратов. Способ заключается в восстановлении соответствующих ароматических ди-...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549618
Дата охранного документа: 27.04.2015
10.02.2016
№216.014.c478

Способ получения 3,4-бензоциннолина

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения 3,4-бензоциннолина восстановлением 2,2′-динитробифенила в изопропиловом спирте в качестве растворителя в присутствии гетерогенного катализатора - оксида алюминия (AlO) и сверхкритического растворителя - изопропилового спирта при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574736
Дата охранного документа: 10.02.2016
+ добавить свой РИД