24.05.2019
219.017.5e3d

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСПРИМЕСНЫХ ВОДНЫХ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦ ТРИОКСИДА ВОЛЬФРАМА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам получения водных коллоидных растворов золей наночастиц соединений переходных металлов, а именно коллоидных растворов триоксида вольфрама, которые могут быть использованы для получения защитных покрытий, катализаторов, красителей, композитов и применяться в других областях, где есть потребность в таких растворах. Предложен cпособ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама, включающий отжиг паравольфрамата аммония при температурах 550÷800°С в течение 10÷120 мин в открытой емкости, охлаждение продукта отжига до 20÷25°С, приготовление водной суспензии продукта отжига в дистиллированной воде, ультразвуковую обработку полученной водной суспензии в течение 1÷3 ч. Технический результат состоит в получение водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц WOвысокой степени чистоты. 4 ил., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам получения водных коллоидных растворов (золей) наночастиц соединений переходных металлов, а именно коллоидных растворов триоксида вольфрама, которые могут быть использованы для получения защитных покрытий, катализаторов, красителей, композитов и применяться в других областях, где есть потребность в таких растворах.

Нанодисперсный триоксид вольфрама - перспективный материал для химической промышленности. При переходе в нанокристаллическое состояние у этого оксида появляются необычные для крупнокристаллического состояния свойства, например, газохромные, электрохромные, фотохромные, сверхпроводниковые [С. Santato, М. Odziemkowski, М. Ulmann, and J. Augustynski. Crystallographically Oriented Mesoporous WO3 Films: Synthesis, Characterization, and Applications // J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10639-10649].

В настоящее время известны методы получения триоксида вольфрама в порошкообразном состоянии, например, в [P.J. Hwan, K.Y. Jin, P.S. Min, L.J. Won, K.R. Kwon. Manufacturing method of high purity tungsten trioxide powder using waste hard metal and tungsten trioxide manufactured by the method. KR 20100024032, Publication Date: 05.03.2010] описывается способ получения триоксида вольфрама путем обезуглероживания карбида вольфрама, в [Chang-Hoon Shin, et. al. A Study on the Preparation of Tungsten Oxide powders Using Emulsion Evaporation Methods // J. of the Korean Cer. Soc., 1998, V. 35, №.6, 543] раскрывается способ изготовления триоксида вольфрама методом испарения эмульсии. Также используют золь-гель метод, гидротермальный, электрохимическое анодирование, электрохимическое осаждение [Н. Zheng, J.Z. Ou, M.S. Strano, R.B. Kaner, A. Mitchell, and K. Kalantar-zadeh. Nanostructured Tungsten Oxide - Properties, Synthesis, and Applications Adv. Fund. Mater. 2011, 21, 2175-2196].

Недостатками предлагаемых методов является низкая чистота получаемого продукта, гидратированность поверхности, присутствие аморфной фазы, а также необходимость использования специального оборудования.

Таким образом, существует много методов получения триоксида вольфрама в порошкообразном виде, но практически отсутствуют данные о методах синтеза коллоидных растворов кристаллических наночастиц WO3, которые востребованы в химической технологии, в частности, необходимы для нанесения на поверхность разнообразных носителей для применения в газовых сенсорах, электрохромных устройствах, катализаторах [А.В. Александров, Н.Н. Гаврилова. Влияние условий синтеза на коллоидно-химические свойства гидрозолей триоксида вольфрама // Успехи в химии и химической технологии. 2013, Т. XXVII, №2, 47-55].

На данный момент известно несколько методов получения коллоидных растворов, включающих триоксид вольфрама и другие оксиды металлов. Например, в патенте [С. Wen, Z. Quanrao, Y. Ying, Z. Jing, J. Aiping, V. Volkove, G. Zahanawa. Method for preparing stable sol of composite oxides of vanadium and tungsten. CN 101049970, Publication Date: 10.10.2007] описывается технология получения золей V2O5-WO3 в гидротермальной установке, а в патенте [I. Hiroyuki. Tungsten oxide-containing titanium oxide sol, method of manufacturing the same, coating material and optical functional body. JP 4507066, Publication Date: 21.07.2010] раскрывается способ получения золя триоксида вольфрама, содержащего диоксид титана, путем термической обработки раствора, состоящего из геля титановой кислоты, аммиака и соединения вольфрама.

Основным недостатком предложенных методов является то, что в системе присутствуют посторонние элементы и примеси.

В качестве еще одного способа получения коллоидных растворов триоксида вольфрама используют метод пептизации. Так, известен способ получения коллоидного раствора нанокристаллического триоксида вольфрама [А.И. Недоступ, А.В. Александров, Н.Н. Гаврилова. Синтез золей триоксида вольфрама, стабилизированных неионогенным ПАВ SURFYNOL 465 // Успехи в химии и химической технологии. Т. XXVIII. 2014, №2, 120-122], в котором в качестве прекурсоров используют паравольфрамат аммония (NH4)10W12O41⋅xH2O, соляную кислоту HCl, неионогенный ПАВ Surfynol 465 (этоксилат). Сущность синтеза заключается в том, что триоксид вольфрама осаждали из раствора паравольфрамата аммония (ПВА) (VПBA=50 мл) раствором соляной кислоты при мольном соотношении [H+]/[W6+], равном 24,5. Концентрацию ПВА поддерживали в пределах от 0,26 до 7,00 ммоль/л. Осаждение проводили при интенсивном перемешивании. Температуру синтеза варьировали от 20 до 80°С. Полученный осадок отфильтровывали и промывали на воронке Бюхнера дистиллированной водой с целью удаления электролита. Согласно данным рентгенофазового анализа, при температурах ниже 70°С получаемый осадок являлся рентгеноаморфным, а при температурах 70-80°С - кристаллическим. Фазовый состав частиц получаемого в этих условиях осадка соответствовал WO3⋅2H2O. Отмытый осадок диспергировали ультразвуком в растворах стабилизатора - неионногенного ПАВ Surfynol 465 с концентрацией от 1 до 5 (в единицах ККМ), при величинах рН от 1 до 8. Величину рН регулировали добавлением растворов HCl или NaOH. Ультразвуковую обработку проводили на приборе УЗДН-А, время обработки составляло 2 минуты. Образование устойчивых золей триоксида вольфрама наблюдалось лишь при pH=3 и концентрациях стабилизатора в диапазоне 1-2 ККМ.

Данный способ был выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что в результате осаждения при невысоких температурах образуется незакристаллизованный продукт, а при температурах 70-80°С - гидратированная форма триоксида вольфрама.

Еще одним недостатком является то, что золи триоксида вольфрама получают только в кислой среде, при этом в системе присутствуют посторонние хлорид-анионы.

Изобретение направлено на изыскание способа получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц WO3, что позволяет использовать их в различных областях химии, в частности, электрохимии.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама, включающий отжиг паравольфрамата аммония при температурах 550÷800°С в течение 10÷120 мин в открытой емкости, охлаждение продукта отжига до 20÷25°С, приготовление водной суспензии продукта отжига в дистиллированной воде, ультразвуковую обработку полученной водной суспензии в течение 1÷3 ч.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

Фиг. 1. Результаты дифференциально-термического (красная кривая) и термогравиметрического анализа для исходного паравольфрамата аммония.

Фиг. 2. Рентгенограмма продукта отжига паравольфрамата аммония при температуре 700°С и продолжительности 60 мин.

Фиг. 3. Микрофотография продукта отжига паравольфрамата аммония при температуре 700°С и продолжительности 60 мин после ультразвуковой обработки в течение 3 ч.

Фиг. 4. Данные динамического светорассеяния для водного коллоидного раствора триоксида вольфрама, полученного ультразвуковой обработкой в течение 3 ч водной суспензии продукта отжига паравольфрамата аммония при температуре 700°С и продолжительности 60 мин.

Температура отжига выбрана из тех соображений, что при температуре менее 550°С кристаллизация триоксида вольфрама происходит не в полной мере и разложение исходного паравольфрамата аммония происходит не полностью, что показано на Фиг. 1, а при температуре свыше 800°С наблюдается формирование частиц с большим размером.

Продолжительность отжига при заданной температуре обусловлена тем, что продолжительности менее 10 мин недостаточно для образования беспримесного триоксида вольфрама, а увеличение продолжительности отжига свыше 120 мин не оказывает существенного влияния на достижение технического результата.

Охлаждение продукта отжига проводят до температур 20÷25°С, поскольку это стандартный диапазон комнатной температуры.

Продолжительность ультразвуковой обработки обусловлена тем, что при времени обработки менее 1 ч не образуется водный коллоидный раствор наночастиц WO3, а увеличение времени обработки более 3 ч не оказывает существенного влияния на достижение технического результата.

Ультразвуковую обработку проводили на приборе Bandelin Sonoplus 3200, частотой 21±1 кГц.

Сущность изобретения заключается в том, что на первом этапе синтеза использовано термическое разложение паравольфрамата аммония в результате которого образуются беспримесные кристаллические агрегаты частиц WO3, а на последнем этапе использована ультразвуковая обработка водной суспензии продукта отжига, что приводит к разрушению агрегатов триоксида вольфрама и образованию водного коллоидного раствора беспримесных кристаллических наночастиц триоксида вольфрама.

Ниже приведены примеры иллюстрирующие, но не ограничивающие предложенный способ.

Пример. 1.

Отжигали навеску паравольфрамата аммония в муфельной печи в открытом алундовом тигле при температуре 700°С и продолжительности 60 мин. Полученный продукт представлял собой беспримесный однофазный кристаллический продукт WO3 [PDF2 №43-1035], что проиллюстрировано Фиг. 2., со средним размером частиц в агрегатах около 90 нм. Далее отожженный образец остужали до комнатной температуры и готовили его водную суспензию, которую затем подвергали ультразвуковой обработке в течение 3 ч и в результате получали беспримесный водный коллоидный раствор кристаллических наночастиц WO3, преимущественно с размером 85 нм, что показано на Фиг. 3 и Фиг. 4.

Пример 2.

По примеру 1, отличающийся тем, что температура отжига составляла 800°С, продолжительность отжига составляла 10 мин. Полученный продукт представлял собой беспримесный однофазный кристаллический продукт WO3 [PDF2 №43-1035] со средним размером частиц в агрегатах около 95 нм. Далее отожженный образец остужали до комнатной температуры и готовили его водную суспензию, которую затем подвергали ультразвуковой обработке в течение 2 ч и в результате получали беспримесный водный коллоидный раствор кристаллических наночастиц WO3, преимущественно с размером 90 нм.

Пример 3.

По примеру 1, отличающийся тем, что температура отжига составляла 550°С, продолжительность отжига составляла 120 мин. Полученный продукт представлял собой беспримесный однофазный кристаллический продукт WO3 [PDF2 №43-1035] со средним размером частиц в агрегатах около 80 нм. Далее отожженный образец остужали до комнатной температуры и готовили его водную суспензию, которую затем подвергали ультразвуковой обработке в течение 1 ч и в результате получали беспримесный водный коллоидный раствор кристаллических наночастиц WO3, преимущественно с размером 80 нм.

Предложенный способ позволяет получать беспримесные водные коллоидные растворы кристаллических наночастиц WO3, что дает возможность их использования в различных областях химии, например в электрохимии.

Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама, включающий отжиг паравольфрамата аммония при температурах 550÷800°С в течение 10÷120 мин в открытой емкости, охлаждение продукта отжига до 20÷25°С, приготовление водной суспензии продукта отжига в дистиллированной воде, ультразвуковую обработку полученной водной суспензии в течение 1÷3 ч.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСПРИМЕСНЫХ ВОДНЫХ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦ ТРИОКСИДА ВОЛЬФРАМА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСПРИМЕСНЫХ ВОДНЫХ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦ ТРИОКСИДА ВОЛЬФРАМА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСПРИМЕСНЫХ ВОДНЫХ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦ ТРИОКСИДА ВОЛЬФРАМА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСПРИМЕСНЫХ ВОДНЫХ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦ ТРИОКСИДА ВОЛЬФРАМА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 47 items.
27.07.2013
№216.012.59d6

Противогололедная композиция

Изобретение относится к области разработки противогололедных реагентов и может быть использовано для борьбы с гололедом на дорожных и аэродромных покрытиях. Противогололедная композиция состоит из реагента на основе нитрата металла, содержащего либо гранулированный обезвоженный нитрат кальция,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488619
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e1e

Способ определения монометиланилина в автомобильном бензине индикаторным тестовым средством

Изобретение относится к контролю качества автомобильного бензина. Содержание монометиланилина в автомобильном бензине индикаторным тестовым средством определяют по его цветовому переходу после контактирования с пробой анализируемого бензина. В качестве индикатора используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489715
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.09.2013
№216.012.691e

Композиционный катодный материал

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для производства катодного материала литий-ионных аккумуляторных батарей для питания портативной электроники, электроинструмента, электротранспорта. Предложен композиционный катодный материал, состоящий из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492557
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.01.2014
№216.012.9426

Способ получения стабилизированного водного золя нанокристаллического диоксида церия, допированного гадолинием

Изобретение относится к технологии производства наноматериалов для получения оксидных топливных элементов, тонких покрытий, пленок, обладающих высокой ионной проводимостью. Способ включает приготовление водного раствора солей церия и гадолиния, в котором суммарная концентрация редкоземельных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503620
Дата охранного документа: 10.01.2014
27.03.2014
№216.012.ae90

Способ получения проницаемого ионообменного материала

Изобретение относится к способу получения проницаемого ионообменного материала, который может быть использован в качестве сырья для изготовления мембран, пленок, гранул и модифицирующих покрытий, обладающих ионообменными свойствами и способностью к быстрому переносу ионов. Способ заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510403
Дата охранного документа: 27.03.2014
27.06.2014
№216.012.d926

Реагентная индикаторная трубка на основе хромогенных дисперсных кремнеземов

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения металлов в водных средах и бензинах с помощью реагентных индикаторных трубок на основе хромогенных дисперсных кремнеземов. В качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521368
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.da39

Способ получения наноструктурированных покрытий оксидов металлов

Изобретение относится к области синтеза оксидов металлов простого и сложного состава, обладающих диэлектрическими или полупроводниковыми свойствами, в виде тонких наноструктурированных покрытий на поверхности изделий различной формы. Способ заключается в том, что готовят спиртовой раствор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521643
Дата охранного документа: 10.07.2014
27.08.2014
№216.012.eed0

Способ получения фторидных стекол с широким ик диапазоном пропускания

Изобретение относится к технологии получения фторидных хлор- и бромсодержащих стекол с широким ИК-диапазоном пропускания и повышенной прозрачностью. Способ получения фторидных стекол включает плавление шихты из исходных компонентов в инертной атмосфере в платиновом или углеродном тигле с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526955
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.efe9

Композиционная ионообменная мембрана

Изобретение относится к технологии изготовления композиционных ионообменных мембран, обладающих свойством селективности сорбции или переноса нитрат-аниона. Предложена композиционная ионообменная мембрана, характеризующаяся повышенной подвижностью нитрат-анионов и повышенной константой ионного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527236
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.05.2015
№216.013.48d9

Борсодержащий нейтронозащитный материал

Изобретение относится к нейтронозащитным материалам и может быть использовано, в частности, при капсулировании радиоактивных отходов, при создании защитных щитов. Борсодержащий материал с деформационной устойчивостью ΔL/L=3,0÷7,5% при 600°С получают взаимодействием силиката натрия NaO(SiO) в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550156
Дата охранного документа: 10.05.2015
Showing 1-10 of 24 items.
10.06.2013
№216.012.4a0b

Способ моделирования динамики полета летательного аппарата и моделирующий комплекс для его осуществления

Изобретения относятся к авиационной технике. Способ моделирования динамики полета летательного аппарата включает формирование виртуальных трехмерных изображений объектов окружающей обстановки и имитацию полета летательного аппарата. Виртуальные трехмерные изображения объектов окружающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484535
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b32

Способ получения покрытого стабилизирующей оболочкой нанокристаллического диоксида церия

Изобретение относится к способу получения покрытого стабилизирующей оболочкой нанокристаллического диоксида церия, который характеризуется антиоксидантной активностью. Способ включает приготовление водного раствора соли церия и стабилизатора, представляющего собой мальтодекстрин, с мольным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484832
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.08.2013
№216.012.5f7a

Способ получения высокопористого покрытия на основе двойных оксидов кремния и никеля

Изобретение относится к технологии получения тонкопленочных материалов на основе систем двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, производстве материалов катализаторов, в качестве функционально-чувствительных,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490074
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.10.2013
№216.012.794a

Способ получения высокопористого покрытия на основе двойных оксидов кремния и марганца

Изобретение относится к технологии получения высокопористых покрытий на основе систем двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, производстве материалов катализаторов, в качестве функционально-чувствительных, декоративных,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496712
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.01.2014
№216.012.9426

Способ получения стабилизированного водного золя нанокристаллического диоксида церия, допированного гадолинием

Изобретение относится к технологии производства наноматериалов для получения оксидных топливных элементов, тонких покрытий, пленок, обладающих высокой ионной проводимостью. Способ включает приготовление водного раствора солей церия и гадолиния, в котором суммарная концентрация редкоземельных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503620
Дата охранного документа: 10.01.2014
27.02.2015
№216.013.2db6

Способ получения наногибридного функционального сепарационного материала на основе модифицированного носителя и модифицированных наночастиц металла

Изобретение относится к области материаловедения и аналитической химии. Наногибридный функциональный сепарационный материал содержит ковалентно закрепленные на носителе наночастицы золота и ковалентно закрепленные серосодержащие органические лиганды на поверхности наночастиц золота. Изобретение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543170
Дата охранного документа: 27.02.2015
10.07.2015
№216.013.5bc1

Наногибридный функциональный сепарационный материал на основе модифицированного носителя и модифицированных наночастиц металла

Изобретение относится к области аналитической химии. Предложен способ получения сепарационного материала, содержащего носитель на основе диоксида кремния и наночастицы золота. Носитель модифицируют кремнийорганическим соединением, содержащим группу -SH или -NH, обрабатывают коллоидным раствором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555030
Дата охранного документа: 10.07.2015
20.06.2016
№217.015.0398

Способ получения наностержней диоксида марганца

Изобретение может быть использовано в неорганической химии и нанотехнологии. Для получения наностержней диоксида марганца смешивают водные растворы перманганата калия и нитрита натрия в мольном соотношении , равном 2:(1-5), до образования однородной дисперсной фазы в сильнощелочном растворе....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587439
Дата охранного документа: 20.06.2016
25.08.2017
№217.015.bab7

Способ получения стабильных водных коллоидных растворов наночастиц диоксида церия

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, биохимии, медицине. Для получения стабильных водных коллоидных растворов наночастиц диоксида церия готовят водный раствор гексанитроцерата(IV) аммония, тщательно перемешивая до его полного растворения. Проводят гидротермальную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615688
Дата охранного документа: 06.04.2017
25.08.2017
№217.015.ca4c

Способ покрытия наночастиц магнетита слоем золота

Изобретение относится к способам получения наночастиц магнетита (FeO), покрытых слоем золота, которые могут быть использованы в качестве контрастного агента для магнитно-резонансной томографии, магнитной сепарации, адресной доставки лекарств и т.д. Изобретение увеличивает выход покрытых золотом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620166
Дата охранного документа: 23.05.2017

Похожие РИД в системе