×
13.10.2018
218.016.91ea

Железооксидные и железные микроразмерные трубки и способ их получения

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к железным и железооксидным микроразмерным трубкам и способу их получения. Полученные микроразмерные трубки могут быть использованы как наполнители для полимерных и керамических матриц, микрореакторы, системы транспорта, электропроводящие и магнитные элементы, сорбенты токсичных ионов металлов, мембраны и фильтры. Железооксидные и железные микроразмерные трубки выполнены с применением золь-гель способа, при этом железооксидные микроразмерные трубки имеют внешний диаметр от 5 мкм до 15 мкм, а железные трубки - от 4 мкм до 9 мкм, причем толщина стенок варьирует от 0,1 мкм до 4,0 мкм. Способ получения железооксидных микроразмерных трубок включает пропитку целлюлозных волокон в золе, полученном на основе хлорида железа(III), с кислой дисперсионной средой без стадии упаривания и обжиг при температуре 600-1200°С, обеспечивающий формирование стенок с толщиной от 0,1 мкм до 4,0 мкм. Для получения железных микроразмерных трубок, в том числе обладающих губчатой структурой, проводят восстановление железооксидных микроразмерных трубок до железных в трубчатом проточном реакторе в токе водорода. Техническое решение позволяет: разработать микроразмерные трубки с улучшенными физико-химическими свойствами и расширенными функциональными возможностями; упростить и удешевить способ получения железных и железоксидных микроразмерных трубок. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к железным и железооксидным микроразмерным трубкам и способу их получения. Полученные микроразмерные трубки могут быть использованы как наполнители для полимерных и керамических матриц, микрореакторы, системы транспорта, электропроводящие и магнитные элементы, сорбенты токсичных ионов металлов, мембраны и фильтры.

Известны металлические микроразмерные трубки и способ их получения с использованием в качестве темплатов самоскручивающихся «self-rolled» полимеров (Fabrication of Metallic Microtubes Using Self-Rolled Polymer Tubes as Templates, Langmuir, 2009, 25 (13), pp 7667-7674). Данный метод включает нанесение на поверхность кремниевой пластины слоя полимеров (поли-4-винилпиридина и полистирола, 120 им) и слоя металла (методом магнетронного напыления) с последующим надрезанием пленки. При помещении пластины в водный раствор додецилбензолсульфокислоты происходит контролируемое набухание нижнего слоя (поли-4-винилпиридина) в районе надреза, в результате чего происходит постепенное скручивание в трубку. Полученная трубка далее обжигается для удаления полимерного темплата. Диаметр конечных металлических трубок составляет 8.1-28.8 мкм. Недостатками метода являются длительность процесса, а также необходимость использования дорогостоящих реагентов и оборудования.

Известны полые железные трубки (Ioan Bica Formation of iron micro-tubes in plasma // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 270 (2004) 7-14), полученные в плазме. Диаметр таких трубок составляет 1-100 мкм, толщина стенок 0.1-1.0 мкм. Недостатком такого способа является необходимость использования высоких температур (3500-6000 К) и дорогостоящего оборудования.

Известен способ получения металлических полых волокон (DE 19910985, «Production of metallic hollow fibers or hollow fiber structures comprises applying a metal coating on fibers or fiber structure, and removing fibers or fiber structure from coating», МПК C25D 1/02, D06M 11/83, опубл. 21.09.2000), основанный на первоначальном нанесении металлического слоя на поверхность волокна с дальнейшим удалением волокнистого темплата. В качестве методов нанесения металлического слоя предлагаются методы парофазного, плазменного, гальванического и др. осаждения и их комбинации. В роли темплата могут выступать флис, полипропиленовые, полиамидные, полиацетатные и тефлоновые волокна. Для удаления темплата применяется химическое или термическое разложение. Недостатком данного способа получения также является необходимость использования дорогостоящего оборудования.

Известен способ получения железных полых волокон (Facile fabrication of long α-Fe2O3, α-Fe and γ-Fe2O3 hollow fibers using sol-gel combined co-electrospinning technology // Journal of Colloid and Interface Science 308 (2007) 265-270), который заключается в восстановлении в токе водорода при нагревании предварительно полученных формованием из золя полых волокон α-Fe2O3. Внутренний диаметр волокон составляет 0.5-10 мкм с толщиной стенок 0.2-2 мкм.

Известен способ получения металлических полых волокон (ЕР 0195353 «Hollow ceramic fibers», МПК B22F 1/00, С04В 20/00, опубл. 24.09.1986), который включает в себя пропитку углеродного волокна в растворе соли металла, сушку полученного продукта, прокаливание или преобразование его до соответствующего оксида, карбида, нитрида или борида с одновременным выжиганием углеродного волокна, и восстановление волокна. Внешний диаметр волокна не превышает 50 мкм, а толщина стенки лежит в интервале 0.05-20 мкм.

Близким к предлагаемому способу является способ получения полых керамических волокон (RU 2598262 «Способ получения полых керамических волокон», МПК С04В 35/624, D01F 9/08, B82Y 40/00, опубл. 20.09.2016). В первую очередь, удаляют с поверхности углеродного волокна аппрет, затем пропитывают его в водном золе гидроксида амфотерного металла (алюминия, титана, циркония). Покрытое слоем гидроксида углеродное волокно обрабатывают: сначала просушивают при температуре ~60°С и затем отжигают при температуре 250-300°С, причем пропитку с последующей просушкой и отжигом повторяют не менее 3 раз. Из полученного углеродно-керамического волокна выжигают углеродную сердцевину путем прокаливания на воздухе при температуре 800-1000°С. Также авторы патента предлагают к использованию углеродные волокна в виде жгута или волокна на основе полиакрилонитрила или вискозы с диаметром нитей от 5 до 7 мкм. К недостаткам данного способа можно отнести многостадийность процесса.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) являются железооксидные микроразмерные трубки и способ их получения (Preparation and magnetic properties of Fe2O3 microtubules prepared by sol-gel template method // Rare Metals (2010) 29: 501), основанный па пропитке гигроскопической целлюлозы в золе гидроксида железа с последующей сушкой и обжигом при 400°С в течение 2 часов. Для приготовления золя авторами предлагается нагревание и перемешивание раствора Fe(NO3)3 до образования золя (упаривание на 80%). Недостатками способа является необходимость проведения длительной стадии упаривания раствора, кроме того, получаемые трубки являются тонкостенными, что снижает их эксплуатационные характеристики.

Технический результат состоит в том, что заявленное техническое решение позволяет разработать микроразмерные трубки с улучшенной механической прочностью, которая является более высокой для трубок, обожженных при более высокой температуре в результате снижения пористости (показано на рис. 2 и 4), упростить способ получения микроразмерных трубок за счет проведения пропитки волокон целлюлозы в золе, полученном на основе хлорида железа(III) с кислой дисперсионной средой, исключив стадию упаривания.

Технический результат способа достигается тем, что способ получения микроразмерных трубок, включающий пропитку целлюлозных волокон нанодисперсией гидроксида железа(III) с последующим их удалением путем термической обработки, согласно изобретения, первоначальную пропитку волокон целлюлозы проводят в золе, полученном на основе хлорида железа(III) с кислой дисперсионной средой без стадии упаривания, обжиг проводится при температуре 600-1200°C, обеспечивающей формирование железооксидных трубок со стенками толщиной от 0,1 мкм до 4,0 мкм. Дополнительно проводят восстановление железооксидных микроразмерных трубок до железных в трубчатом проточном реакторе в токе водорода.

Технический результат продукта достигается тем, что железооксидные микроразмерные трубки, полученные вышеуказанным способом, характеризуются внешним диаметром от 5 мкм до 15 мкм, толщиной стенок от 0,2 мкм до 4,0 мкм и длиной от 100 мкм до 1 см. Железные микроразмерные трубки характеризуются внешним диаметром от 4 мкм до 9 мкм, толщиной стенок от 0,1 мкм до 3,0 мкм, длиной от 100 мкм до 1 см и губчатой структурой.

На рис. 1 представлены кривые распределения по размерам частиц в нанодисперсии Fe(OH)3.

На рис. 2 представлены микрофотографии СЭМ продуктов обжига пропитанной в золе волокнистой хлопковой целлюлозы.

На рис. 3 представлены рентгеновские дифрактограммы железооксидных (1, 2) и железных (3) трубок, полученных при температуре 600 (1,3) и 1200 (2)°C.

На рис. 4 представлены микрофотографии СЭМ железных трубок, изготовленных из железооксидных трубок, при температуре 600 (а) и 1200 (б)°С.

Способ получения железооксидных микроразмерных трубок описан в примере 2, способ получения железных трубок - в примере 3.

Пример 1.

Для получения микроразмерных трубок предварительно проводили синтез нанодисперсий гидроксида железа(III) золь-гель методом. Данный метод идеально подходит для нанесения наночастиц на поверхность материалов, так как он основан на фундаментальных закономерностях формирования коллоидных систем и является одним из способов получения наноразмерных частиц как структурных элементов наноматериалов. Данный подход позволяет не только получать частицы в пределах от единиц до десятков нанометров, но и регулировать их размеры. Например, навеску гексагидрата хлорида железа(III) растворяли в бидистиллированной воде. Полученный раствор добавляли к нагретой до кипения бидистиллированной воды при постоянном перемешивании, после чего охлаждали до комнатной температуры. В результате образуется красно-коричневая нанодисперсия гидроксида железа(III). Водородный показатель среды (pH) находится в интервале от 1 до 2. По данным метода динамического светорассеяния (ДСР), средний гидродинамический радиус частиц в золе составил 16.4 нм (рис. 1). Потенциал поверхности равен +22 мВ, что говорит о хорошей агрегативной устойчивости полученной дисперсной системы. В течение всего эксперимента размер частиц не менялся. По данным гравиметрии, доля дисперсной фазы в золе составляла 0.47 мас. %. Полученную нанодисперсию использовали для дальнейшего эксперимента.

Пример 2.

В качестве исходного материала для получения микроразмерных трубок могут быть применены волокна целлюлозы различного происхождения: хлопковая целлюлоза, целлюлоза хвойных пород древесины, целлюлоза лиственных пород древесины. Для проведения исследований нами использовалась беленая волокнистая хлопковая целлюлоза со степенью полимеризации 1400.

Получение железооксидных микротрубок проводили следующим образом. Хлопковую беленую волокнистую целлюлозу помещали в нанодисперсию гидроксида железа(III) в соотношении m(Fe2O3) : m(ХЦ), равному от 1:1 до 1:10. Полученные композиции высушивали при комнатной температуре и обжигали в муфельной печи на воздухе при 600 и 1200°С в течение 1 часа, скорость нагрева от 1 до 5°С/мин. В результате этого происходит удаление целлюлозных волокон и формирование железооксидных материалов в форме трубок (рис. 2, а-в), повторяющих особенности строения исходного целлюлозного волокна.

При этом полученные в результате обжига при 600°С железооксидные трубки состоят из наноразмерных частиц оксида железа(III) в фазе гематита α-Fe2O3 (рис. 3, кривая 1), часть из которых имеет анизотропную форму (рис. 2, в). Характеристики приведены в таблице 1. Длина трубок - от 100 мкм до 1 см.

Обжиг при более высокой температуре 1200°С приводит к резкому изменению характеристик: в результате спекания стенки трубок состоят из микроразмерных частиц оксида железа(III) в фазе гематита α-Fe2O3 (рис. 3, кривая 2), внешний диаметр уменьшается и составляет от 5 до 10 мкм, а толщина стенки увеличивается и составляет от 2 до 4 мкм (рис. 2, г-е). Длина трубок не изменяется и составляет от 100 мкм до 1 см. Вследствие спекания частиц данный материал имеет более высокую механическую прочность но сравнению с трубками, полученными при 600°С.

Пример 3.

Получение железных микроразмерных трубок проводили по способу, аналогичному примеру 1, отличающемуся тем, что дополнительно проводили восстановление железооксидных микроразмерных трубок до железных в трубчатом проточном реакторе в токе водорода (20 мл/мин) при температуре 600°С в течение 1 ч.

По данным рентгенофазового анализа, состав микроразмерных трубок представлен металлическим железом в α-модификации (рис. 3, кривая 3). Характеристики получаемых железных трубок зависят от характеристик железооксидных трубок, используемых для восстановления, при этом в целом диаметр трубок в процессе восстановления уменьшается. Железные микроразмерные трубки, полученные восстановлением железооксидных трубок, синтезированных при 600°С, имеют следующие характеристики (таблица 2): состоят из наноразмерных частиц α-Fe (рис. 3, кривая 3), внешний диаметр от 4 до 8 мкм, толщина стенки от 0.1 до 0.2 мкм (рис. 4а). Длина трубок - от 100 мкм до 1 см.

Железные микроразмерные трубки, полученные восстановлением железооксидных трубок, синтезированных при 1200°С, имеют следующие характеристики: обладают «губчатой» структурой, внешний диаметр от 4 до 9 мкм, толщина стенки от 1 до 3 мкм (рис. 4б, в), длина трубок - от 100 мкм до 1 см.

Таким образом, предложенный способ является упрощенным и более дешевым по сравнению с аналогами и позволяет создавать железооксидные и железные микроразмерные трубки с улучшенной механической прочностью и варьируемой толщиной стенок без использования специального оборудования.


Железооксидные и железные микроразмерные трубки и способ их получения
Железооксидные и железные микроразмерные трубки и способ их получения
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 50 items.
20.06.2013
№216.012.4c34

Способ получения 2,6-диизоборнил-4-метилфенола

Изобретение относится к способу получения 2,6-диизоборнил-4-метилфенола, который представляет интерес в качестве антиоксиданта и стабилизатора полимерных материалов. Способ заключается в алкилировании п-крезола камфеном в качестве терпена при нагревании в присутствии катализатора, выбранного из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485090
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.08.2013
№216.012.602e

Способ получения диметилсульфона

Изобретение относится к способу получения диметилсульфона ((CH)SO), который может быть использован органическом синтезе, фармацевтической промышленности, в производстве красителей, лекарственных средств в качестве противоспалительного средства, для лечения заболеваний суставов, помогает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490254
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.6b7e

Способ получения титансодержащих целлюлозных материалов

Изобретение относится к области получения титансодержащих целлюлозных материалов и может быть использовано для модифицирования целлюлозных и лигноцеллюлозных материалов и при получении их производных для специальных целей. Способ включает деструкцию лигноцеллюлозных материалов в результате...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493169
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b81

Способ переработки древесной зелени пихты

Изобретение относится к области обработки растительного сырья, а именно древесной зелени пихты с целью выделения из нее пектиновых полисахаридов и тритерпеновых кислот. Способ переработки древесной зелени пихты предусматривает измельчение сырья, обработку сырья водным раствором щелочи,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493172
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.11.2013
№216.012.7d9b

Гидрофильный конъюгат гидроксиэтилкрахмала и 2,6-диизоборнил-4-метилфенола

Изобретение относится к производным крахмала, а именно к гидрофильным конъюгатам гидроксиэтилкрахмала и 2,6-диизоборнил-4-метилфенола. Получен водорастворимый конъюгат, содержащий гидроксиэтилкрахмал и фрагменты 2,6-диизоборнил-4-метиленфенола, связанные с полисахаридом простой эфирной связью,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497828
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.03.2014
№216.012.a95e

Способ получения 3α-гидрокси-10β-пинанона-4

Настоящее изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения 3α-гидрокси-10β-пинанона-4. Способ заключается в окислении 3α,4β-дигидрокси-10β-пинана в диметилформамиде без или в присутствии катализаторов MoCl или Мо(СО) в течение 1-2 часов при пропускании тока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509073
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.05.2014
№216.012.c6fc

Новые производные 2,6-диизоборнилфенола и способ их получения

Изобретение относится к новым производным 2,6-диизоборнилфенола, обладающим антиоксидантной активностью. В общей формуле соединения R=С(ОМе), СООМе и СООН. Изобретение также относится к способу получения указанных соединений. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 5 пр.
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516699
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.09.2014
№216.012.f3e6

Способ получения микрокристаллической целлюлозы

Изобретение относится к области химии целлюлозы и ее модифицирования. Способ получения микрокристаллической целлюлозы включает деструкцию целлюлозы, промывку продукта водой и основаниями, сушку. Целлюлозосодержащий материал обрабатывают растворами гетерополикислот в воде, растворами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528261
Дата охранного документа: 10.09.2014
20.12.2014
№216.013.126e

Эпоксидная композиция для высокопрочных, щелочестойких конструкций

Изобретение относится к эпоксидной композиции для получения высокопрочных, тепло-, щелочестойких стеклопластиковых материалов, которые могут быть использованы при изготовлении строительной арматуры для упрочнения бетонных конструкций. Эпоксидная композиция горячего отверждения для изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536141
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.04.2015
№216.013.39d9

Средство, улучшающее реологические свойства крови

Изобретение относится к медицине, конкретно к фармакологии, и касается средств, влияющих на реологические свойства крови. Предложено применение продукта химической модификации гидроксиэтилированного крахмала O-(2-гидроксиэтил)-(1,4)-α-D-глюкана, гибридного макромолекулярного соединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546297
Дата охранного документа: 10.04.2015
Showing 1-10 of 18 items.
10.11.2013
№216.012.7d9b

Гидрофильный конъюгат гидроксиэтилкрахмала и 2,6-диизоборнил-4-метилфенола

Изобретение относится к производным крахмала, а именно к гидрофильным конъюгатам гидроксиэтилкрахмала и 2,6-диизоборнил-4-метилфенола. Получен водорастворимый конъюгат, содержащий гидроксиэтилкрахмал и фрагменты 2,6-диизоборнил-4-метиленфенола, связанные с полисахаридом простой эфирной связью,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497828
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.09.2014
№216.012.f3e6

Способ получения микрокристаллической целлюлозы

Изобретение относится к области химии целлюлозы и ее модифицирования. Способ получения микрокристаллической целлюлозы включает деструкцию целлюлозы, промывку продукта водой и основаниями, сушку. Целлюлозосодержащий материал обрабатывают растворами гетерополикислот в воде, растворами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528261
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.04.2015
№216.013.39d9

Средство, улучшающее реологические свойства крови

Изобретение относится к медицине, конкретно к фармакологии, и касается средств, влияющих на реологические свойства крови. Предложено применение продукта химической модификации гидроксиэтилированного крахмала O-(2-гидроксиэтил)-(1,4)-α-D-глюкана, гибридного макромолекулярного соединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546297
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.08.2015
№216.013.734b

Эпоксидный компаунд, наполненный модифицированными полисахаридами

Изобретение относится к эпоксидной композиции для получения высокопрочных, теплостойких материалов, которые могут быть использованы в различных отраслях промышленности. Эпоксидная композиция горячего отверждения включает эпоксидный диановый олигомер марки ЭД-20 (100 мас.ч.), отвердитель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561085
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.11.2015
№216.013.8fd5

Серосодержащие производные 2,6-диизоборнилфенола

Изобретение относится к терпенофенолам. Получены новые серосодержащие производные 2,6-диизоборнилфенола формулы I, II и III: n=0, m=0 (I) n=1, m=0 (II) n=1, m=2 (III) Техническая задача - получение новых серосодержащих изоборнилфенолов. 4 табл.,4 пр.
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568437
Дата охранного документа: 20.11.2015
25.08.2017
№217.015.caab

Гидрофильный конъюгат производного крахмала и 2,6-диизоборнил-4-метилфенола и способ его получения

Изобретение относится к гидрофильным конъюгатам формулы I, включающим фрагменты 2,6-диизоборнил-4-метиленфенола и 2-гидроксипропил триметиламмоний хлорида, связанные с крахмалом простой эфирной связью, и способу их получения, применимых в медицине: где R=H, А, СНСН(ОН)CHN(СН), при этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619934
Дата охранного документа: 22.05.2017
25.08.2017
№217.015.cbd8

Макропористый керамический материал с углеродным нановолокнистым покрытием и способ его получения

Изобретение относится к макропористой керамике с углеродными наноструктурами и способу ее получения и может быть использовано для очистки и разделения жидкостей и газов, в медико-биологических исследованиях для очистки и разделения биологических сред, для очистки от радиоактивных веществ, для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620437
Дата охранного документа: 25.05.2017
25.08.2017
№217.015.ccae

Способ получения водной дисперсии нанокристаллической целлюлозы

Изобретение относится к химической переработке целлюлозы, в частности к способам получения частиц и водных дисперсий нанокристаллической целлюлозы, и может быть использовано при производстве наночастиц. В способе осуществляют регулируемую деструкцию целлюлозного сырья в смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620429
Дата охранного документа: 25.05.2017
26.08.2017
№217.015.df27

Инъекционная лекарственная форма гидрофильного конъюгата гидроксиэтилкрахмала и 2,6-диизоборнил-4-метилфенола, способ ее получения и применения для лечения сердечно-сосудистых заболеваний

Изобретение относится к медицине, конкретно к фармакологии, и может быть использовано при создании и применении инъекционных лекарственных форм, обладающих антиоксидантной, гемореологической активностью. Инъекционная лекарственная форма гидрофильного конъюгата гидроксиэтилкрахмала и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625039
Дата охранного документа: 11.07.2017
10.05.2018
№218.016.4f33

Способ получения концентрированного гидрозоля диоксида циркония

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано в производстве конструктивных и строительных элементов в машиностроении, функциональных теплозащитных покрытий, в медицине при производстве имплантатов в костные ткани, пломбировочного материала, при получении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652713
Дата охранного документа: 28.04.2018
+ добавить свой РИД