Разработка технологии и установки для получения углеродных нанотрубок.

Статус

Активен

Аннотация

Инновационной компанией (Санкт-Петербург) разработан новый способ получения углеродных нанотрубок, основанный на использовании наноструктурированного кобальтого катализатора, нанесенного методом химической сборки на поверхность кремнеземного носителя, и химического осаждения углеродного продукта из газовой фазы. Авторы ищут партнеров для заключения соглашения о совместном предприятии, технической кооперации.

Описание предложения

В основе предложенной технологии лежит метод каталитического пиролиза газообразных углеродсодержащих прекурсоров. Научная новизна предлагаемого подхода к получению углеродных нанотрубок заключается в предложенном авторами проекта способе синтеза нанодисперсного катализатора на поверхности кремнеземного носителя, также имеющего наноразмерное структурирование. Это позволяет получать более однородное распределение по размером нанокластеров катализатора и в итоге обеспечить однородность синтезируемых углеродных нанотрубок. Синтез проводится в режиме кипящего слоя с распределением частиц носителя катализатора по объему реактора, в результате чего выход продукта существенно повышается в сравнении с синтезом на неподвижном слое катализатора. В настоящее время данная технология апробирована на укрупненной макетной установке. • Разработана конструкторская документация для укрупненного макетного образца установки, предназначенного для синтеза углеродных нанотрубок с использованием аэрозольного метода и гетерогенного кобальтсодержащего катализатора, работающего в режиме кипящего слоя. • Изготовлена, собрана и запущена укрупненная макетная установка для синтеза углеродных нанотрубок. • Определены технологические и технико-эксплуатационные характеристики установки для синтеза углеродных нанотрубок: 1. Объём загрузки катализатором – 3 литра. 2. Температура синтеза углеродных нанотрубок – 500 - 800◦С. 3. Продолжительность одного цикла синтеза 3 часа. 4. Производительность установки составляет 50 г целевого продукта в час. 5. Выход углеродных нанотрубок в расчете на вес катализатора (кобальт на кремнеземе) составляет 10% масс. • Установлено, что основными управляющими параметрами синтеза углеродных нанотрубок являются температура и время реакции при фиксированной скорости потока, обеспечивающей режим кипящего слоя. Всё зависит от используемого катализатора. • Проведено совершенствование узлов установки по результатам испытания в режиме длительной работы. • Установлено, что наиболее эффективным методом очистки углеродных нанотрубок, полученных путём пиролиза этанола на кобальтсодержащем кремнезёме, является обработка плавиковой и соляной кислотами. • Показано, что применение ультразвука в сочетании со щелочной обработкой способствует увеличению эффективности очистки углеродных нанотрубок. Для очистки нанотрубок, удаления оригинального катализатора из конечного продукта авторы использовали кислотную обработку, включающую применение плавиковой и соляной кислот. Однако, используя плавиковую кислоту необходимо применять необходимые меры предосторожности в виду её высокой токсичности. Поэтому авторы применяли также альтернативный метод очистки, основанный на щелочной обработке, для интенсификации которой был использован ультразвук. Предусматривается промышленное производство углеродных нанотрубок и композиционных материалов на их основе. Применение нового способа получения углеродных нанотрубок позволяет получать продукт с высокой чистотой и однородностью по диаметрам углеродных нанотрубок. Отличительной особенностью предлагаемого метода получения углеродных нанотрубок является применение нанодисперсного катализатора и возможность регулировать размеры металлических кластеров при использовании прецизионных методов синтеза поверхностных соединений. Это дает возможность влиять на размеры получаемых нанотрубок и их качество. Углеродные нанотрубки, полученные предлагаемым способом, имеют небольшой диапазон изменения диаметров и превосходят по качеству многослойные углеродные нанотрубки, выпускаемые в настоящее время в промышленности, и имеют более низкую себестоимость. Снижение себестоимости достигается за счет использования сравнительно дешевого нанодисперсного носителя (аэросила) и недорогих модификаторов.

Инновационные аспекты и преимущества

Конкурентные преимущества производимых углеродных нанотрубок; • Относительно низкая себестоимость углеродных нанотрубок по сравнению с аналогичной продукцией конкурентов; • Однородное распределение углеродных нанотрубок по диаметрам, что исключает необходимость сепарации, обеспечивает большую однородность свойств материала; • Получение нанотрубок малого диаметра (4-10 нм) с небольшим количеством стенок, имеющих более ценные потребительские характеристики; • Простота оборудования для синтеза углеродных нанотрубок является серьезным конкурентным преимуществом; • Технология получения нанотрубок, сочетающая простоту методики синтеза катализатора, защищенной патентом и его эффективное использование в режиме кипящего слоя.

Технологические ключевые слова

05001 Химия
05 ФИЗИЧЕСКИЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ

Коды рыночных применений

03008 Прочие электронные средства
03 ПРОЧИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА
09007002 Manufacture of construction materials, components and systems
09007 Строительство и строительная продукция
09 ПРОЧЕЕ

Права интеллектуальной собственности

Патент получен

Комментарии, дата и номер патента

Россия, патент на изобретение 08.12.2009

Дата профиля

22.05.2015