Ce poți găti din calmar: rapid și gustos

Purificarea nanotuburilor de carbon

Niciuna dintre metodele obișnuite pentru obținerea CNT-urilor nu face posibilă izolarea lor în forma lor pură. Impuritățile din NT pot fi fulerene, carbon amorf, particule grafitizate și particule de catalizator.

Sunt utilizate trei grupuri de metode de purificare CNT:

distructiv,

nedistructiv,

combinate.

Se folosesc metode distructive reactii chimice, care pot fi oxidative sau reductive și se bazează pe diferențele de reactivitate a diferitelor forme de carbon. Pentru oxidare se folosesc fie soluții de agenți oxidanți, fie reactivi gazoși, iar hidrogenul este utilizat pentru reducere. Metodele permit izolarea CNT-urilor de înaltă puritate, dar sunt asociate cu pierderi de tuburi.

Metodele nedistructive includ extracția, flocularea și precipitarea selectivă, microfiltrarea cu flux încrucișat, cromatografia de excludere a mărimii, electroforeza și interacțiunea selectivă cu polimerii organici. De regulă, aceste metode sunt cu productivitate scăzută și ineficiente.

Proprietățile nanotuburilor de carbon

Mecanic. Nanotuburile, după cum s-a spus, sunt extrem de material rezistent, atât la tracțiune cât și la încovoiere. Mai mult, sub influența tensiunilor mecanice care le depășesc pe cele critice, nanotuburile nu se „rup”, ci sunt rearanjate. Pe baza proprietăților de înaltă rezistență ale nanotuburilor, se poate argumenta că acestea sunt cel mai bun material pentru un cablu de lift spațial în acest moment. După cum arată rezultatele experimentelor și modelare numerică, modulul Young al unui nanotub cu un singur perete atinge valori de ordinul 1-5 TPa, care este cu un ordin de mărime mai mare decât cel al oțelului. Graficul de mai jos arată o comparație între un nanotub cu un singur perete și oțel de înaltă rezistență.

1 - Conform calculelor, cablul liftului spațial trebuie să reziste la o solicitare mecanică de 62,5 GPa

2 - Diagrama de tracțiune (efortul mecanic y față de alungirea relativă e)

Pentru a demonstra diferența semnificativă dintre cele mai puternice materiale actuale și nanotuburile de carbon, să realizăm următorul experiment de gândire. Să ne imaginăm că, așa cum sa presupus anterior, cablul pentru ascensorul spațial va fi o anumită structură omogenă în formă de pană, constând din cele mai rezistente materiale disponibile astăzi, atunci diametrul cablului la GEO (orbita geostaționară a Pământului) va fi de aproximativ 2 km și se va îngusta la 1 mm la suprafața Pământului. În acest caz, masa totală va fi de 60 * 1010 tone. Dacă s-ar folosi ca material nanotuburi de carbon, atunci diametrul cablului GEO ar fi de 0,26 mm și 0,15 mm la suprafața Pământului și, prin urmare, masa totală ar fi de 9,2 tone. După cum se poate observa din faptele de mai sus, nanofibră de carbon este exact materialul care este necesar în construcția unui cablu, al cărui diametru real va fi de aproximativ 0,75 m, pentru a rezista și la sistemul electromagnetic folosit pentru deplasarea ascensorului spațial. cabină.

Electric. Datorită dimensiunii reduse a nanotuburilor de carbon, abia în 1996 a fost posibilă măsurarea directă a rezistivității lor electrice folosind metoda cu patru dinte.

Benzi de aur au fost aplicate pe suprafața lustruită a oxidului de siliciu în vid. Nanotuburi lungi de 2-3 μm au fost depuse în golul dintre ele. Apoi, 4 conductori de wolfram cu o grosime de 80 nm au fost aplicați unuia dintre nanotuburile selectate pentru măsurare. Fiecare dintre conductorii de wolfram avea contact cu una dintre benzile de aur. Distanța dintre contactele de pe nanotub a variat între 0,3 și 1 μm. Rezultatele măsurătorilor directe au arătat că rezistivitatea nanotuburilor poate varia în limite semnificative - de la 5,1*10 -6 până la 0,8 Ohm/cm. Rezistivitatea minimă este cu un ordin de mărime mai mică decât cea a grafitului. Majoritatea nanotuburilor au conductivitate metalică, iar o parte mai mică prezintă proprietățile unui semiconductor cu o bandă interzisă de la 0,1 la 0,3 eV.

Cercetătorii francezi și ruși (de la IPTM RAS, Chernogolovka) au descoperit o altă proprietate a nanotuburilor, supraconductibilitatea. Ei au măsurat caracteristicile curentului-tensiune ale unui nanotub individual cu un singur perete cu un diametru de ~ 1 nm, un număr mare de nanotuburi cu un singur perete laminate într-un mănunchi, precum și nanotuburi cu mai mulți pereți individuale. S-a observat curent supraconductor la temperaturi apropiate de 4K între două contacte metalice supraconductoare. Caracteristicile transferului de sarcină într-un nanotub diferă semnificativ de cele inerente conductoarelor obișnuite, tridimensionale și, aparent, sunt explicate prin natura unidimensională a transferului.

De asemenea, de Geer de la Universitatea din Lausanne (Elveția) a descoperit o proprietate interesantă: o schimbare bruscă (aproximativ două ordine de mărime) a conductibilității cu o îndoire mică, de 5-10o, a unui nanotub cu un singur perete. Această proprietate poate extinde gama de aplicații ale nanotuburilor. Pe de o parte, nanotubul se dovedește a fi un convertor gata făcut, extrem de sensibil, de vibrații mecanice într-un semnal electric și înapoi (de fapt, este un telefon de câțiva microni lungime și aproximativ un nanometru în diametru) și, pe de altă parte, este un senzor aproape gata făcut de cele mai mici deformații. Un astfel de senzor ar putea găsi aplicație în dispozitivele care monitorizează starea componentelor mecanice și a pieselor de care depinde siguranța oamenilor, de exemplu, pasagerii trenurilor și avioanelor, personalul centralelor nucleare și termice etc.

Capilar. Experimentele au arătat că un nanotub deschis are proprietăți capilare. Pentru a deschide nanotubul, trebuie să îndepărtați partea superioară - capacul. O metodă de îndepărtare este recoacerea nanotuburilor la o temperatură de 850 0 C timp de câteva ore într-un flux de dioxid de carbon. Ca urmare a oxidării, aproximativ 10% din toate nanotuburile devin deschise. O altă modalitate de a distruge capetele închise ale nanotuburilor este să le înmoaie în acid azotic concentrat timp de 4,5 ore la o temperatură de 2400 C. Ca urmare a acestui tratament, 80% din nanotuburi devin deschise.

Primele studii ale fenomenelor capilare au arătat că lichidul pătrunde în canalul de nanotuburi dacă tensiunea superficială a acestuia nu este mai mare de 200 mN/m. Prin urmare, pentru a introduce orice substanță în nanotuburi, se folosesc solvenți cu tensiune superficială scăzută. De exemplu, pentru a introduce nanotuburi din unele metale în canal, concentrate acid azotic, a cărui tensiune superficială este scăzută (43 mN/m). Apoi recoacerea se efectuează la 4000 C timp de 4 ore în atmosferă de hidrogen, ceea ce duce la reducerea metalului. În acest fel, s-au obținut nanotuburi care conțin nichel, cobalt și fier.

Alături de metale, nanotuburile de carbon pot fi umplute cu substanțe gazoase, cum ar fi hidrogenul molecular. Această capacitate este de importanță practică deoarece deschide posibilitatea stocării în siguranță a hidrogenului, care poate fi folosit ca combustibil ecologic în motoarele cu ardere internă. Oamenii de știință au reușit, de asemenea, să plaseze în interiorul unui nanotub un întreg lanț de fulerene cu atomi de gadoliniu deja încorporați în ele (vezi Fig. 5).

Orez. 5. În interiorul C60 în interiorul unui nanotub cu un singur perete

reacție în acid sulfuric care conține anhidridă cromică. Cu toate acestea, este necesară îndepărtarea preliminară a fracției mari de granule de nanodiamond. Referințe 1. Spitsyn B.V., Davidson J.L., Gradoboev M.N., Galushko T.B., Serebryakova N.V., Karpukhina T.A., Kulakova I.I., Melnik N.N. Incursiune spre modificarea nanodiamondului de detonare // Diamond and Related Materials, 2006, Vol. 15, p. 296-299 2. Brevet. 5-10695, Japonia (A), Soluție de cromat, Tokyo Daiyamondo Kogu Seisakusho K.K., 27.04.1993 3. Dolmatov, V.Yu. Sinteza de detonare ultrafine ca bază a unei noi clase de acoperiri galvanice compozite metal-diamant / V.Yu Dolmatov, G.K. Materiale superdure, 2000, T. 1.- P. 84-94 4. Gregory R. Flocularea și sedimentarea - principiile de bază // Spec. Chem., 1991, voi. 11, nr. 6, p. 426-430 UDC 661,66 N.Yu. Biryukova1, A.N. Kovalenko1, S.Yu. Tsareva1, L.D. Iskhakova2, E.V. Universitatea Rusă de Chimie-Tehnologie Zharikov1 numită după. DI. Mendeleev, Moscova, Rusia Centrul Științific pentru Fibră Optică RAS, Moscova, Rusia 1 2 PURIFICAREA NANOTUBURILOR DE CARBON OBȚINUTĂ PRIN METODEA PIROLIZA CALITICĂ A BENZENULUI În această lucrare, rezultatele studiilor experimentale de purificare și separare a nanotuburilor cu pereți multipli prin metode fizice și sunt prezentate metode chimice. Eficacitatea fiecărei etape a fost controlată prin studierea caracteristicilor morfologice ale produselor de piroliză. Lucrarea prezintă rezultatele studiilor experimentale de purificare și separare a nanotuburilor de carbon cu pereți multiplu folosind metode fizice și chimice. Eficacitatea fiecărei etape de purificare a fost monitorizată prin modificări ale caracteristicilor morfologice ale produselor de piroliză. Metoda de piroliză catalitică a hidrocarburilor este una dintre metode promițătoare sinteza nanotuburilor de carbon. Metoda face posibilă obținerea de nanotuburi cu un singur perete, multi-pereți și rețele orientate de nanostructuri de carbon cu organizarea adecvată a parametrilor de sinteză. În același timp, produsul obținut prin piroliza compușilor care conțin carbon, împreună cu nanotuburile, conține o cantitate semnificativă de impurități, precum particule de catalizator, carbon amorf, fulerene etc. Pentru îndepărtarea acestor impurități se folosesc de obicei metode fizice ( centrifugare, ultrasunete, filtrare) în combinație cu substanțe chimice (oxidare în medii gazoase sau lichide la temperaturi ridicate). Lucrarea a testat o tehnică combinată pentru purificarea și separarea nanotuburilor cu pereți multiplu de produse secundare și a determinat eficacitatea diferiților reactivi. Depozitul inițial a fost obținut prin piroliza catalitică a benzenului folosind pentacarbonilul de fier ca precatalizator. Depozitul a fost tratat cu acizi clorhidric, sulfuric și azotic. Agregatele de nanotuburi au fost sparte cu ultrasunete la o frecvență de 22 kHz. Pentru a separa depozitul în fracțiuni, sa folosit centrifugarea (3000 rpm, timp de procesare - până la 1 oră). Pe lângă acid, am mai folosit tratament termic nanotuburi pe U S P E X I în chimie și tehnologie chimică. Volumul XXI. 2007. Nr 8 (76) 56 aer. Pentru a obține cea mai bună purificare, a fost stabilită secvența optimă a diferitelor metode. Caracteristicile morfologice ale produselor de piroliză și gradul de purificare au fost monitorizate prin microscopie electronică cu scanare, spectroscopie Raman și analiză de fază cu raze X. UDC 541.1 E.N. Golubina, N.F. Kizim, V.V. Institutul Moskalenko Novomoskovsk al Universității Chimice-Tehnologice din Rusia, numit după. DI. Mendeleev, Novomoskovsk, Rusia INFLUENȚA NANOSTRUCTURILE ASUPRA CARACTERISTICILOR DE EXTRACȚIE DIN SISTEMUL APA – ErCl3 – D2EHPA – CINETICA HEPTANului Caracteristica cinetică a Er(III) extras, soluția de D2EHPA în heptan (aria concentrată pe curba sa cinetică mare, acumularea la straturile interfaciale dinamice la inceputul procesului, dispozitia extrema in reexaminare in functie de grosimea straturilor interfaciale dinamice din raportul concentratiei element si solvent) sunt indicate la o parte semnificativa a nanostructurilor in procesul de extractie. Caracteristicile cinetice ale extracției erbiului (III) prin soluții de D2EHPA în heptan (zone de concentrare pe curbele cinetice, de mare viteză acumularea sa în DMS la începutul procesului, natura extremă a dependenței grosimii observate a DMS de raportul dintre concentrațiile elementului și extractantul) indică rolul semnificativ al nanostructurilor în procesul de extracție. Se știe că în sistemele de extracție pot apărea diverse nanoobiecte: straturi de adsorbție, micele, geluri micelare, vezicule, geluri polimerice, geluri cristaline, microemulsie, nanodispersie, emulsie. În special, în sistemul La(OH)3-D2EHPA-decan-apă se formează un organogel, a cărui structură spațială este construită din particule în formă de tijă cu un diametru de ≈0,2 și o lungime de 2-3 μm. Sarea de sodiu a D2EHPA în absența apei formează micele cilindrice inverse cu o rază de 53 nm. ÎN secţiune transversală miceliile constau din trei molecule de NaD2EHP, orientate cu grupări polare spre centru și lanțuri de hidrocarburi către solventul organic. Starea unei astfel de rețele depinde de natura elementului. În cazul Co(D2EHP)2, structurile macromoleculare se formează cu un număr de agregare mai mare de 225. În cazul Ni(D2EHP)2 (posibil Ni(D2EHP)2⋅2H2O), apar agregate cu un număr de agregare ≈5,2 . În anumite condiții, este posibilă formarea de structuri moleculare polimerice cu o rază hidrodinamică de ≈15 nm. Când lantanul este extras cu soluții de D2EHPA, se formează alchil fosfat de lantan voluminos și structural rigid, ceea ce determină o scădere a elasticității monostratului de lantan alchil fosfat la interfața de fază. Formarea nanostructurilor afectează atât proprietățile de echilibru ale sistemului, cât și cinetica procesului. Extracția elementelor pământurilor rare este complicată de apariția a numeroase procese interfaciale, cum ar fi apariția și dezvoltarea convecției spontane de suprafață (SSC), formarea unei bariere structural-mecanice, dispersia de fază etc. Ca urmare a reacției chimice dintre D2EHPA și element, se formează o sare puțin solubilă, care determină formarea de nanostructuri conform mecanismului „de la mai mic la mai mare”. Scopul acestei lucrări a fost de a stabili influența nanostructurilor asupra caracteristicilor cinetice ale extracției erbiului(III) cu soluții de D2EHPA în heptan. U S P E X I în chimie și tehnologie chimică. Volumul XXI. 2007. Nr. 8 (76) 57

Dimensiune: px

Începeți să afișați de pe pagină:

Transcriere

1 INOVAȚII TEHNICE UDC BBK 30.6 FILTRU PE BAZĂ DE NANOTUBURI DE CARBON PENTRU PURIFICAREA LICHIDELOR CU ALCOOL N.P. Polikarpova, I.V. Zaporotskova, T.A. Ermakova, P.A. Zaporotskov Au fost efectuate experimente privind purificarea lichidelor care conțin alcool folosind metode de filtrare și transmisie, stabilite fracție de masă nanotuburi de carbon, conducând la cele mai bune rezultate. A fost creat un model de filtru bazat pe nanomaterial închis în spațiul dintre straturile de sticlă poroasă și au fost determinate caracteristicile de design ale acestuia. Polikarpova N.P., Zaporotskova I.V., Ermakova T.A., Zaporotskov P.A., 2012 Cuvinte cheie: nanotuburi de carbon, lichid care contine alcool, adsorbtie, filtru, sticla poroasa, ceramica poroasa. Introducere Purificarea lichidelor care conțin alcool, care includ produse din industria alimentară cu vodcă, joacă un rol important în procesul de producere a acestora. Fiecare producător încearcă să folosească cât mai mult posibil metode eficiente purificarea lichidelor care conțin alcool de impurități și uleiuri de fusel. Uleiurile de fusel, aldehidele, sărurile minerale și alte impurități sunt îndepărtate din produs prin filtrare folosind cărbune, nisip de cuarț, praf de argint, filtre de platină, lapte praf și albuș de ou. Mulți dintre producătorii de vodcă scumpe repetă purificarea de multe ori, combinând diverse opțiuni. Fiecare curățare ulterioară elimină și mai mult produsul de uleiurile de fusel și alte impurități. Un grad dublu sau triplu de purificare îmbunătățește semnificativ gustul, dar crește semnificativ și costul procesului de fabricație. În prezent, distilerii folosesc diverse metode purificarea produselor care conțin alcool. Cele mai comune dintre ele sunt purificarea cu filtre de carbon, purificarea cu lapte și albușuri de ou, „filtrarea cu argint” și purificarea cu aur și pietre pretioase. În lucrările lui I.V. Zaporotskova și N.P. Zaporotskova a prezentat rezultatele calculelor teoretice ale interacțiunii de adsorbție a nanotuburilor de carbon (CNT) cu molecule de alcooli organici grei care fac parte din lichidele care conțin alcool sub formă de impurități nedorite și a demonstrat posibilitatea sorbției lor pe suprafața nanotuburilor. . Acest lucru ne-a permis să oferim mod inovator purificarea amestecurilor apă-etanol, care includ vodcă, folosind nanomaterial de carbon. După cum se știe, adsorbanții din grafit și cărbunele purifică produsul de impuritățile dăunătoare cu 60%, laptele cu 70%, metale pretioase(argint, aur) cu 75%. Utilizarea nanotuburilor de carbon ca material absorbant va face posibilă purificarea unui lichid care conține alcool de impurități cu 98%. De asemenea, avantajele filtrelor revendicate bazate pe CNT includ: 1) performante ridicate proces la costuri reduse; 2) volum de substanță adsorbantă de zeci de ori mai mic; 3) absența efectelor secundare din utilizarea adsorbanților de natură grafit cu conservarea și creșterea multiplă a activității procesului; Buletinul VolSU. Episodul 10. Problema

2 4) posibilitatea de adsorbție selectivă. Trebuie remarcat faptul că introducerea unui filtru pe bază de nanomateriale într-un ciclu complet de producție în etapa finală fără o schimbare fundamentală a procesului tehnologic asigură purificarea de aproape 100% a produsului din amestecuri apă-etanol fără a crește semnificativ costul de producție. . 1. Determinarea cantității optime de nanomaterial de carbon pentru purificarea lichidelor Înainte de a trece direct la experimentele de laborator privind purificarea lichidelor care conțin alcool (vodcă domestică), a fost necesar să se determine cantitatea optimă de nanomaterial care să conducă la efectul dorit de un grad ridicat de purificare. Vodca „Hai să bem la”, care aparține clasei de vodcă obișnuite cu preț redus, a fost aleasă ca obiect de cercetare. Studiile lichidelor au fost efectuate folosind metoda titrimetrică până când a fost identificată masa minimă de nanotuburi necesară pentru purificarea eficientă a 50 ml de vodcă. Selecția a fost efectuată folosind metoda „de la cel mai puțin la cel mai mic”, numărul inițial de nanotuburi de carbon a fost de 1 g. Precizia cântăririi CNT-urilor a fost determinată de precizia balanțelor analitice utilizate și a fost de 0,0001 g redusă până s-a fixat momentul în care alcalinitatea vodcii a încetat să scadă. Conform standardelor GOST R „Vodcă și vodcă specială. General specificatii tehnice„, alcalinitatea vodcii nu trebuie să depășească 2,5-3,0 ml. Înainte de purificare, alcalinitatea vodcii selectate a fost de 2,5 ml. Rezultatele studiilor titrimetrice efectuate sunt prezentate în tabel. Analiza rezultatelor a arătat că trecerea unui lichid care conține alcool printr-un filtru cu nanotuburi de carbon reduce alcalinitatea cu o medie de 98% (cu 2,45 ml). Cantitatea minimă de nanomaterial necesară este de 0,001 g, deoarece cu o scădere a acestei cantități alcalinitatea crește brusc, iar cu o cantitate mai mare scăderea sa este nesemnificativă. 2. Selectarea materialului pentru crearea unei carcase de filtru pe bază de nanotuburi de carbon În producția de vodcă, atât filtrele poroase din sticlă, cum ar fi filtrele Schott, cât și filtrele ceramice pot fi folosite ca filtre. Aceste materiale poroase pot fi, de asemenea, utilizate ca materiale pentru crearea unei carcase de filtru pe bază de nanotuburi de carbon. Să luăm în considerare caracteristicile acestor materiale. Sticla poroasă este un material poros sticlos cu o structură spongioasă și un conținut de oxid de siliciu de SiO2 de aproximativ 96% (greutate). Sticla poroasă este rezultatul tratamentului termic și chimic al sticlelor cu o compoziție specială. Sticlele poroase nu pot fi obținute decât din pahare cu un conținut suficient de mare de Na 2 O, în care fazele coexistente, după un tratament termic prelungit, formează cadre care se întrepătrund între ele. O condiție necesară Un alt factor important în obținerea sticlelor poroase este conținutul de cel puțin 40% (masă) dioxid de siliciu în paharele originale, ceea ce asigură formarea unei rețele spațiale continue de SiO 2 în sticlă. Filtrele de sticlă sunt plăci de sticlă zdrobită și topită. Pentru a le face, sticla este măcinată în mori cu bile și cernută cu ajutorul unui set de site. Pulberea de sticlă este sinterizată prin încălzire într-un cuptor în matrițe metalice sau ceramice. Plăcile rezultate sunt lipite în tuburi, pahare, pâlnii, creuzete și alte articole din sticlă din aceeași compoziție. Prin astfel de plăci puteți filtra soluții fierbinți, acizi concentrați și alcalii diluați, deoarece astfel de filtre sunt rezistente la medii agresive. Plăcile filtrante se disting prin porozitate. În funcție de dimensiunea porilor, se realizează mai multe clase de filtre. Filtrele de sticlă, sau așa-numitele filtre Schott, sunt disponibile în următoarele tipuri: 1 dimensiunea porilor este microni, utilizate pentru lucrul cu sedimente cristaline grosiere; 7 6 N.P. Polikarpova et al. Filtru bazat pe nanotuburi de carbon

3 2 dimensiunea porilor este de microni, utilizată pentru lucrul cu sedimente medii cristaline; Mărimea porilor 3 este microni, utilizată pentru lucrul cu sedimente cristaline mici; Dimensiunea 4 porilor este de 4-10 microni, utilizată pentru lucrul cu precipitate cristaline foarte fine. Membranele ceramice sunt filtre ceramice fine poroase realizate prin sinterizarea materialelor metalo-ceramice precum oxidul de aluminiu, dioxidul de titan sau zirconiul (Fig. 1) la temperaturi foarte ridicate. Membranele ceramice au de obicei o structură asimetrică care susține stratul de membrană activ (Figura 2). Ceramica poroasă este compusă din particule interconectate de aproximativ aceeași dimensiune, creând un material omogen, permeabil, care oferă canale sinuoase pentru curgerea fluidului. Filtrele cele mai utilizate sunt silicea și alumina, deși alegerea materialului, mărimii și formei este practic nelimitată. Filtrele ceramice sunt de obicei clasificate după diametrul mediu al porilor și/sau permeabilitate. Diametrul mediu al porilor este diametrul mediu al porilor minim măsurat în microni. Dimensiunile membranelor filtrante ceramice: - microfiltrare: 1,2 microni 0,5 microni 0,2 microni 0,1 microni; - ultrafiltrare: 50 nm 20 nm. Materialele macroporoase asigură stabilitate mecanică, în timp ce stratul de membrană activ asigură separarea: microfiltrare, ultrafiltrare, nanofiltrare. Filtrele cu membrană ceramică funcționează întotdeauna în modul de filtrare tangențială cu condiții hidrodinamice optime. Lichidul tulbure trece prin stratul de membrană în interiorul unei membrane cu un singur canal sau cu mai multe canale la viteză mare. Sub influența presiunii transmembranare (TMP), micromoleculele și apa trec vertical prin stratul de membrană, formând un flux de permeat. Substanțele în suspensie și compușii cu greutate moleculară mare sunt reținute în interiorul membranei, formând un flux de concentrat. În acest fel, lichidele contaminate sunt purificate. Membranele ceramice permit separarea fizică a amestecurilor de componente fără utilizarea aditivilor. Introducerea materialului de nanotuburi de carbon în aceste sisteme poate crește și mai mult eficiența unui astfel de filtru. 3. Modelul unui filtru pe bază de nanotuburi de carbon într-o înveliș de sticlă poroasă Pentru a realiza un model de filtru prin care se trecea pe verticală un lichid care conținea alcool (Fig. 3), s-au folosit filtre de sticlă Schott, din sticlă poroasă cu carbon nanomaterial plasat în interior, nanotuburi de carbon obținute la instalarea CVDomna conform metodei descrise în lucrarea lui I. V. Zaporotskova. Partea filtrantă a filtrelor utilizate este o substanță poroasă de sticlă Fig. 1. Ceramica poroasă Fig. 2. Filtru ceramic Vestnik VolSU. Episodul 10. Problema

4 cu dimensiunea membranei 4 10 microni. Pentru amenajarea preliminară au fost utilizate două filtre Schott de diametre diferite, care au fost unite între ele pentru a forma un sistem de filtrare închis. Între plăcile de sticlă, a căror dimensiune a porilor era de 4-10 microni, a fost plasat un strat de nanotuburi de carbon. O imagine mărită a sticlei poroase este prezentată în Figura 4. Pentru a asigura închiderea, nanotuburi de carbon au fost plasate suplimentar între straturi de hârtie de filtru. Produsul studiat, vodca „Let’s drink to”, curgea liber pe verticală prin filtrul astfel creat sub influența gravitației. Cantitatea de nanomaterial de carbon filtrant și volumul de lichid cu conținut de alcool care curge prin filtrul fabricat au fost selectate în conformitate cu rezultatele obținute anterior: 0,001 g de CNT pentru purificarea a 50 ml de vodcă. Aceste tipuri de filtre s-au dovedit a fi destul de eficiente în asigurarea curgerii libere a unui amestec de apă-etanol prin ele fără pătrunderea nanomaterialului de carbon prin sticlă, ceea ce poate fi explicat prin aranjarea aleatorie a porilor în carcasă. Studii ulterioare ale calității produsului purificat folosind metode de spectroscopie moleculară și cromatografie lichidă (Fig. 5, 6) au confirmat gradul ridicat de purificare a vodcii din impuritățile alcoolilor cu greutate moleculară mare ai uleiurilor de fuel: nu există vârfuri legate de acești alcooli. în spectre. Rezultatele titrarii vodcii „Hai să bem la” cu diferite cantități de nanotuburi de carbon Fig. 3. Model de filtru cu plăci de sticlă poroasă Fig. 4. Vedere a unei plăci de sticlă cu dimensiunile porilor de 4-10 microni la o mărire de x N.P. Polikarpova et al. Filtru bazat pe nanotuburi de carbon

5 Transmisie, % Număr de undă, cm -1 Fig. 5. Spectrele IR ale vodcii „Hai să bem la”: spectru roșu înainte de purificare; spectrul violet după purificare prin trecerea printr-un filtru cu nanotuburi de carbon a Concluzie Studiile experimentale au demonstrat că tratarea unui amestec apă-etanol cu nanotuburi de carbon ajută la reducerea conținutului de uleiuri de fuel și alte impurități, păstrând b Fig. 6. Cromatogramele vodcii „Să bem la”: a) înainte de purificare; b) după purificare prin trecerea printr-un filtru cu nanotuburi de carbon, principalul component util al produsului este alcoolul etilic. Prototipul creat și testat al unui filtru pe bază de nanotuburi de carbon închise într-o carcasă de sticlă poroasă poate fi folosit ca bază pentru crearea unui filtru industrial. Buletinul de cercetare ulterioară al VolSU. Episodul 10. Problema

6 va avea ca scop crearea unui filtru prototip cu o carcasă ceramică, ale cărui dimensiuni mai mici ale porilor (comparativ cu porii unei carcase de sticlă) pot oferi o mai bună protecție a produsului care este purificat de pătrunderea nanoparticulelor de carbon. REFERINȚE 1. Berkman, A. S. Porous permeable ceramics / A. S. Berkman. M.: Gosstroyizdat, p. 2. Vasiliev, V. P. Chimie analitică. Metode titrimetrice şi gravimetrice de analiză: manual / V. P. Vasiliev. M.: Butarda, p. 3. Garmash, E. P. Membrane ceramice pentru ultra- și microfiltrare / E. P. Garmash, Yu N. Kryuchkov, V. P. Pavlikov // Sticlă și ceramică C GOST R Vodcă și vodcă specială. Conditii tehnice generale. Standard de stat Federația Rusă. M.: Gosstandart al Rusiei, p. 5. Zaporotskova, I.V. Nanomateriale promițătoare pe bază de carbon / I.V. Kozhitov, V.V. Volgogr. stat un-ta. Ser. 10, Activitate de inovare S Zaporotskova, I. V. Activitatea de sorbție a nanotuburilor de carbon ca bază tehnologie inovatoare purificarea amestecurilor apă-etanol / I. V. Zaporotskova, N. P. Zaporotskova, T. A. Ermakova // Vestn. Volgogr. stat un-ta. Ser. 10, Activitate inovatoare S. Zaporotskova, I. V. Nanomateriale carbon și non-carbon și structuri compozite bazate pe acestea: structură și proprietăți electronice / I. V. Zaporotskova. Volgograd: Din VolSU, p. 8. Studiul influenței nanotuburilor de carbon asupra procesului de purificare a lichidelor care conțin alcool / I. V. Zaporotskova [et al.] // Vestn. Volgogr. stat un-ta. Ser. 10, Activitate inovatoare S Kazitsyna, L. A. Aplicarea spectroscopiei UV, IR, RMN în chimie organică: manual manual pentru universități / L. A. Kazitsyna, N. B. Kupletskaya. M.: Mai sus. scoala, s. 10. Sychev, S. N. Cromatografia lichidă de înaltă performanță ca metodă de determinare a falsificării și siguranței produsului / S. N. Sychev, V. A. Gavrilina, R. S. Murzalevskaya. M.: DeLi print, p. 11. Enciclopedia chimică / ed. I. L. Knunyants. M.: Enciclopedia sovietică, Dresselhaus, M. S. / M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P. Avouris // Nanotuburi de carbon: sinteza, structura, proprietatile si aplicarea. Springer-Verlag, p. 13. Zaporotskova, I. V. Proprietăți active ale structurilor de carbon nanotubulare în ceea ce privește moleculele organice grele / I. V. Zaporotskova // Nanoscience & nanotechnology-2011: Book of abstract. Laboratoarele Naționale Frascati INFN. Frascati, Sept , Frascati: INFN, P Zaporotskova, N. P. Investigarea activității nanotuburilor de carbon la molecule organice grele / N. P. Zaporotskova, I. V. Zaporotskova, T. A. Ermakova // Fullerenes and Atomic clusters. Rezumate ale prelegerilor invitate și lucrări contribuite. St.-Petersburg, 4 8 iulie, St.-Peterb., P FILTRUL PE BAZĂ DE NANOTUBURI DE CARBON PENTRU PURIFICAREA LICHIDELOR CU ALCOOL N.P. Polikarpova, I.V. Zaporotskova, T.A. Ermakova, P.A. Zaporotskov Se fac experimente privind purificarea lichidelor care conțin alcool prin metode de filtrare și transmisie, se stabilește fracția de masă a nanotuburilor de carbon care duce la cel mai bun rezultat. Se creează modelul de filtru pe baza unui nanomaterial încheiat în spațiul dintre straturi de sticlă poroasă și se definesc caracteristicile constructive ale acestuia. Cuvinte cheie: nanotuburi de carbon, lichide care conțin alcool, adsorbție, filtru, sticlă poroasă, ceramică poroasă. 8 0 N.P. Polikarpova et al. Filtru bazat pe nanotuburi de carbon

Sisteme de inginerie și ecologie UDC 628.316.12 UTILIZAREA MINERALULUI NATURAL CA SORBENT FENOLIC PENTRU TRATAREA APELOR REZIDUALE A. V. Yurko, A. Yurko, V. A. Romanov Statul Volgograd

Tema proiectului: „Purificarea apei de izvor” Autor(i): Elena Rudyuk Scoala: GBOU Scoala Gimnaziala 2103 JV „Școala Gimnaziala 125” Clasa: 3 Conducator: Yulia Mikhailovna Khromova OBIECTIV: afla ce filtre exista pentru purificarea apei SARCINI

UDC 21474 APLICAREA TEHNOLOGIILOR DE MEMBRANĂ ÎN TRATAREA BIOLOGICĂ A APELOR Uzate Vyazmikina K.I., student Rusia, 105005, Moscova, MSTU. N.E. Bauman, Departamentul de Ecologie și Siguranță Industrială

FIZICĂ. MECANICA. CHIMIE UDC 666.9.017:536.4:539.21:536.12 (575.2) (04) INFLUENȚA PROCESELOR FIZICE TERMIC ASUPRA PERMEABILITĂȚII CERAMICILOR POROSE DE WOLASTONITIC A.N. Aytimbetova Efectul asupra permeabilității a fost stabilit

Filtrare rotativă Microfiltrare 1 50 microni Ultrafiltrare 0,007 1 microns.ru Despre companie Proiectare și producție holdingul „Energy Machines” este specializat în proiectarea și fabricarea sistemelor de cazane

UDC 661.183 E. A. Neskoromnaya, A. V. Babkin, A. E. Burakov, I. V. Romantsova, A. E. Kucherova CREAREA DE NANOSORBENTI DE CARBON HIBRIZI PENTRU PURATIFICAREA COMPLEXA A MEDIILOR DE APĂ Astăzi în lume există foarte multe

2 Metode de analiză: 1. Metode chimice. Echilibrul chimic și utilizarea lui în analiză. Echilibrul acido-bazic. Puterea acizilor și bazelor, modelele modificărilor lor. Funcția Hammett. Calcul

RAPORT privind grantul 16-03-717 pentru anul 2016 Cele mai importante rezultate pe care le-am obținut în urma lucrărilor din 2016 în cadrul grantului 16-03-717 includ următoarele: 1. Am reușit să răspândim principiul intensității minime.

Întrebări pentru control în semestru 1. Ce înseamnă termenul „De sus în jos” legat de crearea de nanoobiecte? 2. Ce înseamnă termenul „De jos în sus” legat de crearea de nano-obiecte? 3. Care este principiul stabilizării

Viitorul constă în filtrarea rotațională. Designul și producția exploatația „Mașini Energetice” oferă o soluție la problema micro- și ultrafiltrației continue folosind așa-numitele „tehnologii cu flux încrucișat”.

Instituția de învățământ autonomă municipală „Liceu școală gimnazială 16” cu modificări din 16 decembrie 2016. PROGRAM DE LUCRU la disciplina „chimie” clasele 8-9 (FK GOS) 1. Cerințe de nivel

CENTRIFUGĂ CONICĂ PENTRU CURĂȚAREA ULEIULUI DE SOIA. UTILIZAREA FILTRULUI ZEOLIT V.I. Zemskov, G.M. Kharchenko Este dată dependența experimentală a densității și vâscozității uleiului de soia

UDC 502.654 Kleshchenko V.V. Ştiinţific mâinile Basalai I. A. Metode de purificare a prafului și gazelor și echipamentele utilizate în producția de materiale ceramice Universitatea Națională Tehnică din Belarus În producție

Experiență în implementarea inovației tehnologii de economisire a energiei, pe bază de ceramică permeabilă nanomodificată în procesele de tratare a apei și a apelor uzate 1 serviciu și produse STC Bakor 25 ani

UDC 544.723.212 E. V. Paramonova, A. P. Suzdaltsev, O. Yu Shishkina, Yu V. Chernopyatova MATERIALE NATURAL DE SORPȚIE PENTRU PURIFICAREA APEI REZIDUALE DIN IONI DE METAL GRE.

Program de lucru un curs opțional de chimie într-o clasă de specialitate este obligatoriu. Acest curs opțional este destinat elevilor de clasa 0 care aleg o direcție de științe naturale, concepută

Curs 6 Metode cromatografice de analiză Planul de curs 1. Concepte și termeni de cromatografie. 2. Clasificarea metodelor cromatografice de analiză. Echipament cromatografic. 3. Tipuri de cromatografie: gaz,

Sarcina 6 (semestrul). Adsorbţie. Cromatografia. Opţiune. Parte. Dați exemple de surfactanți (surfactanți)? Descrieți schematic modul în care moleculele de surfactant sunt orientate la interfața apă-aer.

Curs 16 Osmoza inversa si ultrafiltrare Metodele de osmoza inversa si ultrafiltrare presupun solutii de filtrare prin membrane speciale semi-permeabile. În acest caz, fie trece membrana

TRATAREA APELOR REZIDUALE DIN FENOL CU FOLOSIRE DIVERSE MATERIALE DE sorbtie 48 EUR Pleshivtseva Substanțe organice conținute în apele uzate, care intră în corpurile de apă în cantități semnificative sau se acumulează

Ministerul Educației al Republicii Belarus Instituția de învățământ „Universitatea Pedagogică de Stat din Belarus numită după Maxim Tank” SINTEZĂ A SUBSTANȚELOR INORGANICE Atelier de laborator Minsk

8a teme pentru acasă 02.04.2019 Harta contur geografiei pag. 8 Educație fizică P.18 p. 125-126 Semnificația și istoria dezvoltării voleiului Literatură Pag. 62-68 (articole de manual citite), p. 68 (poezie

Lucrări de laborator 5 ALCOOLI OBIECTIV: a studia unele fizice si proprietăți chimice alcooli monohidroxilici saturați. Observați reacția calitativă la alcoolii polihidroxilici. Reactivi si materiale:

LUCRARE DE CERCETARE ÎN DOMENIUL CREĂRII DE TEHNOLOGII CU PROCESE DE MEMBRANĂ INTEGRATE: DE LA CONCEPȚIE LA LINII INDUSTRIALE Actualizat 02.2014 SRL „ELEVAR-GROUP” EXPERIENȚĂ ÎN CREAREA TEHNOLOGIILOR

Probleme de furnizare a industriilor de înaltă tehnologie cu materiale în Rusia A. O. Abramov. Grishko N.E. [email protected] Conducator stiintific: Ph.D. Dietz A.A., profesor asociat al Departamentului TSN IHPT NI TPU Volumul lumii

UDC 621.762:669.2 V.M. KETOV, științific. colaborator, E.I. DEMCHENKO, științific. colaborator, A.A. VNUKOV, științific. colaborator, Academia Națională de Metalurgie a Ucrainei, Dnepropetrovsk, Ucraina STUDIU DE IMPACT

MINISTERUL EDUCAȚIEI ȘI ȘTIINȚEI AL FEDERĂȚIA RUSĂ BUGETARE DE STAT FEDERALĂ INSTITUȚIA DE ÎNVĂȚĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR Departamentul „UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE STAT SAMARA”

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse BUGET DE STAT FEDERAL INSTITUȚIA DE ÎNVĂȚĂMÂNTUL SUPERIOR „UNIVERSITATEA NAȚIONALĂ DE CERCETARE DE STAT SARATOV”

Aqua Ideal Caracteristici detaliate ale modulelor SW300 și SW100 www.ecohitek.com Aspect Modulul SW300 Ilustrare schematică a componentelor interne Specificații: Dimensiuni: inaltime 470 mm latime

4024 Sinteza enantioselectivă a esterului etilic al acidului (1R,2S)-cis-hidroxiciclopentancarboxilic H drojdie C 8 H 12 3 C 8 H 14 3 (156.2) (158.2) Clasificare Tipuri de reacții și clase de substanțe Reducere,

1815 Interacțiunea soluțiilor acide diluate cu sticla de bariu-borat Kerefov A.Kh. ( [email protected]), Kalinina N.V., Ashkhotov O.G. Universitatea de Stat Kabardino-Balkarian, Nalchik

UDC 681.5 PROIECTAREA UNUI SISTEM DE CONTROL AUTOMAT PENTRU PROCESUL DE PURIFICARE A METANULUI Efremkin S.I., Medvedeva L.I. Institutul Politehnic Volga (filiala) Universitatea Tehnică de Stat Volga E-mail: [email protected]În articol

HIDROGENAREA CALITICĂ A RĂȘINILOR CU REZIDUL DIN PRODUCȚIA DE COCS PE UN CATALISATOR Pt/Pd Marinin A.A. student al grupului HTOV-13, Merkulov V.V. Candidat la științe chimice, profesor RAE, senior

Rezumat al proiectului (PNIER) realizat în cadrul Programului țintă federal „Cercetare și dezvoltare în domenii prioritare de dezvoltare a complexului științific și tehnologic al Rusiei pentru 2014 2020” Numărul acordului de grant

CERCETAREA PROCESULUI DE ULTRAFILTRAREA LICHIDULUI SULFIT A.P. Vishnyakova, T.F. Lichutina, O.S. Institutul Brovka probleme de mediu Filiala Uralului de Nord a Academiei Ruse de Științe, Arhangelsk. Perspectivele utilizării unui tonaj mare

OBȚINEREA NANOSTRUCTURILOR COMPOZITE PE BAZA O MATRICE POROSĂ DIN ALUMINIU ANODIZAT Rusinov A.P., Mukhin A.A. Universitatea de Stat din Orenburg, Orenburg Dezvoltarea rapidă a microelectronicii și a informațiilor

INFLUENȚA FILTRELOR DE CARBUNE ASUPRA TOXICITĂȚII ȚIGĂRILOR DE FUM DE TUTUN Duruncha N.A.; Ostapchenko I.M. Instituția Federală a Bugetului de Stat „Institutul de Cercetare a Tutunului, Shag și Produse din Tutun din Rusia”, Krasnodar Cel mai important

P\n Tema Lecția I II III Clasa a IX-a, anul universitar 2014-2015, nivel de bază, chimie Tema lecției Număr de ore Date aproximative Cunoștințe, abilități, aptitudini. Teoria disocierii electrolitice (10 ore) 1 Electroliți

UDC 661.66-022.53 S. Yu Gorsky OXIDAREA IN FAZĂ GAZĂ A NANOTUBURILOR DE CARBON: PROBLEME ALE IMPLEMENTĂRII INDUSTRIALE Oxidarea este una dintre cele mai simple, mai accesibile și răspândite metode de covalentă.

Sarcina 7. Chimie coloidală. Opțiunea 1. De câte ori diferă razele particulelor a două suspensii monodisperse (1 și 2) de aceeași natură dacă raportul vitezei de sedimentare este U 1 /U 2 = 25?

07/2017:20408 2.4.8. METALELE GRE Metodele de mai jos folosesc reactiv de tioacetamidă R. Se poate folosi soluție de sulfură de sodiu R1 (0,1 ml). Dacă este indicat într-o farmacopee privată

STANDARDUL ÎNVĂŢĂMÂNTULUI GENERAL DE BAZĂ ÎN CHIMIE Studiu de chimie la nivel de bază învăţământul general are ca scop atingerea următoarelor scopuri: dezvoltare cunoștințe esențiale despre concepte și legi de bază

Kalabekov O.A., Kudryashov A.F., Kudryashova N.V., Moskalev E.V. Dezvoltarea tehnologiei pentru producția industrială de grafit spumat și crearea unei game de filtre bactericide bazate pe acesta pentru utilizare

Sarcina 1. Oamenii de știință cred că practic nu există substanțe pure individuale în natura din jurul nostru, deoarece toate acestea, deși în proporții nesemnificative, conțin impurități. Atât naturale, cât și artificiale

UDC 504.06 Pregătirea absorbanților din deșeurile vegetale și utilizarea lor în tehnologiile de protecție a mediului Universitatea de Stat Tolyatti Valiullina Venera, student, Tatyana Chadaeva, student Zabolotskikh

EXEMPRE DE CALENDAR PLANIFICAREA MATERIALULUI DIDACTIC CHIMIE-8 Anul universitar 2014/2015 Întocmit pe baza program de stat EI. Minchenkova la 2 ore pe săptămână (70 ore pe an) Lucrează I jumătate din an

PUȚIN DESPRE SULPHURNET La Sulfurnet, ne concentrăm activitățile pe prelucrarea sulfului în instalațiile de reciclare a acidului sulfuric și a sulfului. Sulfurnet înțelege

UDC 54 PRODUCEREA GRANETULUI DE YTRIU-ALUMINIU PRIN SINTEZĂ DE SCHIMB ANIONIC Danilina A. A., conducător științific, dr. chimic. Științe Saykova S. V. Universitatea Federală Siberiană Materiale funcționale bazate pe

Realizări tehnologii moderne pentru filtrarea lichidelor. Cartonul filtrant și kieselguhr (diatomitul) sunt în prezent cele mai comune și mai utilizate materiale filtrante în industria farmaceutică și alimentară.

Instituția de învățământ bugetar municipal „Școala secundară Ust-Kyakhta” Lucrări practice la chimie clasa a VIII-a (34 de ore) Khalimova Natalya Nikolaevna Ust-Kyakhta Program 2017

Instituția de învățământ bugetar municipal „Școala Gimnazială 11” Examinat în ședința consiliului pedagogic Procesul-verbal din Aprobat de deputat. Director pentru managementul resurselor de apă M.N. Shaburov

UDC 61.7 FUNDAREA CRUCILELOR PE COMPOZIȚII REFRACTARE CU CARBON ACTIVAT MECANIC Chuprov I. V., Shirai A. M., științific cap dr. tehnologie. Științe Mamina L.I., Ph.D. tehnologie. Ştiinţe Baranov V.N., Ph.D.

Probleme non-standard în chimie: de la simplu la complex V.V. Facultatea de Chimie Eremin, Universitatea de Stat din Moscova Sâmbătă. 03 octombrie 2015 1 Fracție de masă neobișnuită Determinați formula hidrocarburii în care

9 s 1. Determinați energia Gibbs (G) a suprafeței picăturilor de ceață de apă cu o greutate de 4 g la 293 K, dacă tensiunea superficială a apei este de 72,7 mJ/m 2, densitatea apei este de 0,998 g/cm 3, iar dispersia particulelor este de 50 μm 1.

O modalitate practică de utilizare a ceramicii este fabricarea pieselor de piston din metal sau materiale compozite polimerice. Matricea (baza) primului tip de materiale este aluminiu sau

UDC 628.35+532.528 METODE ALTERNATIVE PENTRU DEIZONIZAREA APEI UZATE DIN ÎNTREPRINDERILE DE PRODUCȚIE METALURGICĂ Chernykh O.I., conducător științific, Ph.D. tehnologie. Științe Dubrovskaya O.G. Universitatea Federală Siberiană

FISE DE EXAMEN PENTRU CERTIFICAREA FINALĂ DE STAT ÎN CHIMIE PENTRU PROGRAME DE ÎNVĂȚĂMÂNT DE BAZĂ DE ÎNVĂȚĂMÂNT GENERAL DE BAZĂ în anul 2019 1. Drept periodic și sistemul periodic al chimiei

MINISTERUL SĂNĂTĂȚII AL FEDERĂȚII RUSĂ ȘI PHARMAK KOPEYNAYA ARTICOLUL I Glicerina Glicerina FS.2.2.00 006.15 În loc de B FS 42-2202-99 Propan-1,2,3-triol C 3 H 8 O Conține nr

Opțiunea 1. 1 Când concentrația de novocaină în soluție a scăzut de la 0,2 mol/l la 0,15 mol/l, tensiunea superficială a crescut de la 6,9 10-2 n/m la 7,1 10-2 n/m. Soluția de cocaină are de la 6,5 10-2 până la 7,0 10-2 n/m.

Echipament de laborator de chimie Nume echipamente Cantitate ECHIPAMENT SIGUR SPĂLARE DE LABORATOR, INSTRUMENTE ȘI ECHIPAMENTE PENTRU DEMONSTRĂȚI Chiuvetă pentru spălarea sticlei chimice Mese de laborator

Instituție de învățământ bugetară municipală școala gimnazială 2 Adoptată cu prelungire: de Consiliul Pedagogic Procesul verbal 1 din 30 august 2016 PROGRAM DE LUCRU subiect academic

INOVAȚII TEHNICE UDC 539.2.21 BBK 30.6 DESPRE ADsorbția OXIGENULUI MOLECULAR PE SUPRAFAȚA EXTERNĂ A NANOTUBURILOR DE BOR ȘI BORONITRURA 1 I.V. Zaporotskova, E.V. Perevalova, S.V. Boroznin Datorită a crescut

1 Acest program de lucru se adresează elevilor de clasa a IX-a din programul de învățământ general de bază (nivel de bază) conform Standardului Educațional de Stat Federal. Programul de lucru este conceput pentru 68 de ore pe an, 2 ore pe săptămână. de bază

Sunt utilizate trei grupuri de metode de purificare CNT:

1) distructiv,

2) nedistructiv,

3) combinate.

Distructiv metodele folosesc reacții chimice care pot fi oxidative sau reductive și se bazează pe diferențele de reactivitate a diferitelor forme de carbon. Pentru oxidare se folosesc fie soluții de agenți oxidanți, fie reactivi gazoși, iar hidrogenul este utilizat pentru reducere. Metodele permit izolarea CNT-urilor de înaltă puritate, dar sunt asociate cu pierderi de tuburi.

Nedistructiv metodele includ extracția, flocularea și precipitarea selectivă, microfiltrarea cu flux încrucișat, cromatografia de excludere a mărimii, electroforeza și reacția selectivă cu polimeri organici. De regulă, aceste metode sunt cu productivitate scăzută și ineficiente.

În același timp, s-a demonstrat că purificarea SWCNT-urilor obținute prin metoda laser-termică prin filtrare cu sonicare face posibilă obținerea unui material cu o puritate de peste 90% cu un randament de 30–70% (în funcție de puritatea funinginei initiale).

Extracția se folosește exclusiv pentru îndepărtarea fulerenelor, în cantități mari se extrag cu sulfură de carbon sau alți solvenți organici.

Cea mai mare parte a catalizatorului și purtătorul de catalizator sunt îndepărtate prin spălare în acizi sulfuric și azotic, precum și amestecurile acestora. Dacă purtătorul de catalizator este silicagel, cuarț sau zeoliți, se utilizează acid fluorhidric sau soluții alcaline. Pentru a îndepărta oxidul de aluminiu, se folosesc soluții concentrate de alcalii. Metalele catalizatoare ascunse în cavitatea CNT sau înconjurate de o înveliș de grafit nu sunt îndepărtate.

Carbonul amorf este îndepărtat fie prin oxidare, fie prin reducere. Pentru reducere se folosește hidrogen la o temperatură de cel puțin 700 o C pentru oxidare, se utilizează aer, oxigen, ozon, dioxid de carbon sau soluții apoase de agenți oxidanți. Oxidarea în aer începe să aibă loc la 450 o C. În acest caz, o parte din CNT (în principal cel mai mic diametru) este complet oxidată, ceea ce contribuie la deschiderea tuburilor rămase și la îndepărtarea particulelor de catalizator care nu au fost îndepărtate în timpul tratament acid primar. Acestea din urmă sunt îndepărtate prin spălare secundară în acid. Pentru a obține cel mai pur produs, operațiunile de purificare a acidului și gazelor pot fi repetate de mai multe ori, combinate între ele și cu metode fizice.

În unele cazuri, purificarea acidului primar se realizează în două etape, folosind mai întâi acid diluat (pentru a îndepărta cea mai mare parte a catalizatorului și suportului) și apoi acid concentrat (pentru îndepărtarea carbonului amorf și curățarea suprafeței CNT) cu operații intermediare de filtrare și spălare. .

Deoarece particulele de oxid de metal catalizează oxidarea CNT-urilor și provoacă o scădere a randamentului produsului purificat, se utilizează o operație suplimentară de pasivare prin transformarea lor în fluoruri folosind SF 6 sau alți reactivi. În acest caz, randamentul CNT-urilor purificate crește.

La Universitatea Rice (SUA) au fost dezvoltate mai multe metode pentru a purifica materialele produse prin metode cu arc și laser-termic. Metoda „veche” a inclus operații de oxidare cu 5 M HNO 3 (24 h, 96 o C), neutralizare cu NaOH, dispersie într-o soluție apoasă 1% de Triton X-100 și filtrare în flux încrucișat. Dezavantajele sale includ coprecipitarea hidroxizilor de Ni și Co împreună cu CNT, dificultăți în îndepărtarea particulelor grafitizate și a sărurilor organice de Na, spumarea în timpul uscării în vid, eficiență scăzută de filtrare, timpi lungi de proces și randament scăzut al tuburilor curățate.

Metoda „nouă” a implicat oxidarea cu 5 M HNO3 timp de 6 ore, centrifugarea, spălarea și neutralizarea precipitatului cu NaOH, reoxidarea HNO3 cu centrifugare și neutralizare repetată, spălare cu metanol, dispersie în toluen și filtrare. De asemenea, această metodă nu permite realizarea unei purificări complete, deși randamentul CNT-urilor (50–90%) este superior metodei „veche”.

Utilizarea solvenților organici direct după fierbere în acid face posibilă îndepărtarea a 18-20% din impurități, dintre care jumătate sunt fulerene, iar cealaltă jumătate sunt hidrocarburi solubile.

SWCNT-urile obținute prin metoda arcului (catalizator 5% format din Ni, Co și FeS cu un raport de 1:1:1) au fost mai întâi oxidate în aer la 470 o C timp de 50 de minute într-un cuptor rotativ de laborator, apoi impuritățile metalice au fost îndepărtate prin spălare repetată cu HCI 6 M, obținându-se decolorarea completă a soluției. Randamentul de SWCNT care conține mai puțin de 1% în greutate reziduu nevolatil a fost de 25-30%.

A fost dezvoltat un proces pentru curățarea SWCNT-urilor cu arc, care include, pe lângă oxidarea în aer și fierberea în HNO 3 , tratarea cu o soluție de HCI și neutralizarea, dispersia ultrasonică în dimetilformamidă sau N-metil-2-pirolidonă, urmată de centrifugare, evaporarea solventului și recoacere la vid la 1100 o C.

Purificarea SWCNT-urilor și MWCNT-urilor pirolitice este descrisă în două etape: prin sonicare pe termen lung (12 ore) la 60 o C într-o soluție de H 2 O 2 pentru a îndepărta impuritățile de carbon în prima etapă și sonicare timp de 6 ore în HCl pentru a elimina Ni impurități în al doilea. După fiecare etapă, s-au efectuat centrifugarea și filtrarea.

Pentru a purifica SWCNT-urile obținute prin metoda HiPco și care conțin până la 30% în greutate Fe, este de asemenea descrisă o metodă în două etape, incluzând oxidarea în aer (în special, într-un cuptor cu microunde) și spălarea ulterioară cu HCI concentrat.

Un număr și mai mare de etape (dispersia în apă fierbinte în timpul sonicării, interacțiunea cu apa de brom la 90 o C timp de 3 ore, oxidare în aer la 520 o C timp de 45 de minute, tratare cu HCl 5 M la temperatura camerei) au fost folosite pentru purificare. MWCNT, obținute prin piroliza unei soluții de ferocen în benzen și care conțin până la 32% în greutate Fe. După spălare şi uscare la 150°C timp de 12 ore, conţinutul de Fe a scăzut la câteva procente, iar randamentul a fost de până la 50%.

Oxidarea cu gaze poate duce la dezvoltarea porozității NT și NV, iar fierberea prelungită în acid azotic poate duce la degradarea completă a acestor substanțe.

Cu o cantitate relativ mare de siliciu (metoda laser-termică), produsul primar este încălzit în acid fluorhidric concentrat, apoi se adaugă HNO 3 și se tratează la 35–40 o C pentru încă 45 de minute. Operațiunile implică utilizarea unor medii foarte corozive și eliberarea de gaze toxice.

Pentru a îndepărta zeolitul utilizat la producerea SWCNT prin piroliza catalitică a vaporilor de etanol, produsul oxidat în aer este tratat cu o soluție apoasă de NaOH (6 N) cu sonicare pe termen scurt (5 min), iar reziduul este colectat pe filtrul este spălat cu HCI (6 N).

Separarea SWCNT-urilor de impuritățile altor forme de particule de carbon și metal poate fi efectuată prin dispersia ultrasonică a tuburilor într-o soluție de metacrilat de polimetil în monoclorobenzen, urmată de filtrare.

Pentru a purifica SWCNT, este adesea recomandat să folosiți funcționalizarea acestora. În special, este descrisă o metodă care include trei operații secvențiale: funcționalizarea folosind ilura de azometină în dimetilformamidă (vezi secțiunea 4.5), depunerea lentă a SWCNT funcționalizați prin adăugarea de dietil eter la o soluție de tuburi în cloroform, îndepărtarea grupărilor funcționale și regenerarea SWCNT-urilor. prin încălzire la 350 o C și recoacere la 900 o C. În prima etapă se îndepărtează particulele de metal, la a doua - carbon amorf. Conținutul de Fe al tuburilor HiPco curățate prin această metodă este redus la 0,4% în greutate.

Interacțiunea cu ADN-ul poate fi utilizată pentru a separa SWCNT-urile metalice de cele semiconductoare. Laboratoarele au o gamă largă de ADN monocatenar diferit, prin selectarea căruia este posibil să se realizeze învelirea selectivă și separarea ulterioară a amestecului inițial în fracții prin metoda cromatografică.

Metodele fizice includ transferul amestecului inițial într-o soluție apoasă folosind tratament ultrasonic de lungă durată în prezența agenților tensioactivi sau a polimerilor solubili învelitori, microfiltrarea, centrifugarea, cromatografia lichidă de înaltă performanță, cromatografia de penetrare a gelului. Grefarea Zwitterion a fost utilizată pentru a obține dispersii adecvate pentru cromatografie (vezi Secțiunea 4.5).

Este de așteptat ca dezvoltarea metodelor cromatografice să facă posibilă separarea CNT-urilor nu numai după lungime și diametru, ci și prin chiralitate și separarea tuburilor cu proprietăți metalice de tuburile cu un tip de conductivitate semiconductor. Pentru a separa SWCNT cu proprietăți electronice diferite, a fost testată depunerea selectivă a tuburilor metalice într-o soluție de octadecilamină în tetrahidrofuran (amina este mai puternic adsorbită pe tuburile semiconductoare și le lasă în soluție).

Un exemplu de utilizare a metodelor nedistructive pentru purificarea și separarea CNT-urilor după dimensiune este, de asemenea, o metodă dezvoltată de oamenii de știință din Elveția și SUA. Materia primă obținută prin metoda arcului a fost transferată într-o soluție coloidală apoasă folosind dodecil sulfat de sodiu (concentrația de agent activ de suprafață a fost puțin mai mare decât concentrația critică a micelelor). Pe măsură ce concentrația de surfactant a crescut, s-au obținut agregate CNT, care au fost filtrate cu sonicare intensă prin membrane de piste cu pori de 0,4 μm. După redispersarea în apă, operația a fost repetată de mai multe ori pentru a obține gradul dorit de purificare a CNT-urilor.

Metoda electroforezei capilare este slab productivă, deși permite nu numai purificarea CNT-urilor, ci și separarea lor după lungime sau diametru. La separare se folosesc dispersii stabilizate cu surfactanți sau polimeri solubili. Pentru purificarea și separarea CNT-urilor prin dielectroforeză, a se vedea secțiunea. 4.13.

A fost dezvoltată o metodă nedistructivă pentru separarea CNT-urilor purificate și scurtate în fracții cu tuburi de diferite dimensiuni în fluxuri de lichid încrucișate (asimetrice).

Pentru a mări particulele de metal catalizator, recoacerea se efectuează în hidrogen la 1200 o C, după care metalele sunt dizolvate în acid. Îndepărtarea completă a metalelor catalizatoare și a purtătorilor de catalizator, indiferent de forma în care sunt prezenți în amestec, poate fi efectuată prin recoacere în vid la temperatură înaltă (1500–1800 o C). În acest caz, se îndepărtează și fulerenele, CNT-urile cresc în diametru și devin mai puțin defecte. Pentru a recoaci complet defectele, sunt necesare temperaturi de peste 2500 o C. Recoacerea în vid la 2000 o C este utilizată pentru a crește rezistența MWCNT-urilor la tratarea cu acid.

Pentru a îndepărta impuritățile din fibrele de carbon formate în timpul pirolizei hidrocarburilor, se recomandă congelarea cu azot lichid.

Alegerea uneia sau a altei opțiuni de purificare depinde de compoziția amestecului care se purifică, de structura și morfologia NT, de cantitatea de impurități și de cerințele pentru produsul final. CNT-urile pirolitice și în special CNF-urile conțin mai puțin sau deloc carbon amorf.

Atunci când se evaluează puritatea CNT-urilor, cea mai mare dificultate este determinarea conținutului de impurități de carbon amorf. Spectroscopia Raman (vezi capitolul 8) oferă doar o imagine calitativă. O metodă mai fiabilă, dar, în același timp, care necesită multă muncă este spectroscopia în regiunea aproape IR (Itkis, 2003).

În SUA, a fost creat un standard pentru puritatea SWCNT.

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

Federal agentie guvernamentala studii profesionale superioare

Universitatea Rusă Chimie-Tehnologică numită după. D. I. Mendeleev

Facultatea de Chimie Petrolieră și Materiale polimerice

Departamentul de Tehnologia Chimică a Materialelor Carbonate

RAPORT DE PRACTICĂ

pe tema NANOTUBURI DE CARBON SI NANOVOLVE

Completat de: Marinin S.D.

Verificat de: doctor în științe chimice, Bukharkina T.V.

Moscova, 2013

Introducere

Domeniul nanotehnologiei este considerat la nivel mondial a fi un subiect cheie pentru tehnologia secolului XXI. Posibilitățile de aplicare versatilă a acestora în domenii ale economiei precum producția de semiconductori, medicină, tehnologia senzorilor, ecologie, industria auto, materiale de constructii, biotehnologie, chimie, aviație și astronautică, inginerie mecanică și industria textila, prezintă un potențial de creștere enorm. Utilizarea produselor nanotehnologice va economisi materii prime și consumul de energie, va reduce emisiile în atmosferă și, prin urmare, va contribui la dezvoltare durabilă economie.

Evoluții în domeniul nanotehnologiei sunt realizate de un nou domeniu interdisciplinar - nanoștiința, unul dintre domeniile căruia este nanochimia. Nanochimia a apărut la începutul secolului, când părea că totul în chimie era deja deschis, totul era clar și nu mai rămânea decât să folosești cunoștințele dobândite în beneficiul societății.

Chimiștii au cunoscut întotdeauna și au înțeles bine importanța atomilor și moleculelor ca principalele „blocuri” ale unei uriașe fundații chimice. În același timp, dezvoltarea unor noi metode de cercetare, precum microscopia electronică, spectroscopia de masă extrem de selectivă, în combinație cu metode speciale de pregătire a probelor, a făcut posibilă obținerea de informații despre particulele care conțin un număr mic de atomi, mai mic de un sută.

Astfel de particule, de aproximativ 1 nm în dimensiune (10-9 m este doar un milimetru împărțit la un milion), au proprietăți chimice neobișnuite, greu de prezis.

Cele mai cunoscute și de înțeles pentru majoritatea oamenilor sunt următoarele nanostructuri: fullerene, grafen, nanotuburi de carbon și nanofibre. Toate constau din atomi de carbon legați unul de celălalt, dar forma lor diferă semnificativ. Grafenul este un plan, un monostrat, o „pătură” de atomi de carbon în SP 2 hibridizare. Fullerenele sunt poligoane închise, care amintesc oarecum de o minge de fotbal. Nanotuburile sunt corpuri volumetrice cilindrice goale. Nanofibrele pot fi sub formă de conuri, cilindri sau boluri. În munca mea voi încerca să evidențiez nanotuburile și nanofibrele.

Structura nanotuburilor și nanofibrelor

Ce sunt nanotuburile de carbon? Nanotuburile de carbon sunt material de carbon, care sunt structuri cilindrice cu un diametru de ordinul mai multor nanometri, formate din planuri de grafit laminate într-un tub. Planul grafit este o rețea hexagonală continuă cu atomi de carbon la vârfurile hexagoanelor. Nanotuburile de carbon pot varia în lungime, diametru, chiralitate (simetria planului de grafit pliat) și numărul de straturi. Chiralitate<#"280" src="/wimg/13/doc_zip1.jpg" />

Nanotuburi cu un singur perete. Nanotuburile de carbon cu perete unic (SWCNT) sunt un subtip de nanofibre de carbon cu o structură formată prin rularea grafenului într-un cilindru și conectarea părților sale fără cusătură. Rularea grafenului într-un cilindru fără cusătură este posibilă doar într-un număr finit de moduri, care diferă în direcția vectorului bidimensional care conectează două puncte echivalente ale grafenului care coincid atunci când este rulat într-un cilindru. Acest vector se numește vector de chiralitate nanotub de carbon cu un singur perete. Astfel, nanotuburile de carbon cu un singur perete diferă ca diametru și chiralitate. Diametrul nanotuburilor cu un singur perete, conform datelor experimentale, variază de la ~ 0,7 nm la ~ 3-4 nm. Lungimea unui nanotub cu un singur perete poate ajunge la 4 cm. Există trei forme de SWCNT: tip „scaun” achiral (două laturi ale fiecărui hexagon sunt orientate perpendicular pe axa CNT), tip „zigzag” achiral (două laturi ale fiecăruia). hexagonul sunt orientate paralel cu axa CNT) și chirale sau elicoidale (fiecare parte a hexagonului este situată față de axa CNT la un unghi diferit de 0 și 90 º ). Astfel, CNT-urile achirale de tip „scaun” sunt caracterizate prin indici (n,n), de tip „zigzag” - (n,0), chirale - (n,m).

Numărul de straturi din MWCNT-uri nu este cel mai adesea mai mare de 10, dar în unele cazuri ajunge la câteva zeci.

Uneori, printre nanotuburile cu pereți multiplu, nanotuburile cu pereți dubli se disting ca un tip special. Structura de tip „păpuși ruse” este o colecție de tuburi cilindrice imbricate coaxial unul în celălalt. O altă variație a acestei structuri este o colecție de prisme coaxiale imbricate una în cealaltă. În cele din urmă, ultima dintre structurile de mai sus seamănă cu un pergament. Pentru toate structurile din fig. valoarea caracteristică a distanței dintre straturile adiacente de grafen este apropiată de valoarea de 0,34 nm, inerentă distanței dintre planurile adiacente de grafit cristalin<#"128" src="/wimg/13/doc_zip3.jpg" />

Matrioșka rusă Rulă de hârtie machéă

Nanofibrele de carbon (CNF) sunt o clasă de astfel de materiale în care straturile curbate de grafen sau nanoconurile sunt pliate în forma unui fir unidimensional, a cărui structură internă poate fi caracterizată prin unghiul α dintre straturile de grafen și axa fibrei. O diferență comună este între două tipuri principale de fibre: Herringbone, cu straturi dens de grafen conice și α-uri mari și Bamboo, cu straturi cilindrice de grafen în formă de cupă și α-uri mici, care sunt mai mult ca nanotuburi de carbon cu pereți multipli.<#"228" src="/wimg/13/doc_zip4.jpg" />

a - nanofibră „coloană de monede”;

b - „structură în oase” din nanofibră (stiva de conuri, „os de pește”);

c - „stiva de cupe” din nanofibră („abajururi de lampă”);

d - nanotub „Păpușă rusă de cuibărit”;

d - nanofibră în formă de bambus;

e - nanofibră cu secțiuni sferice;

g - nanofibră cu secțiuni poliedrice

Identificarea nanotuburilor de carbon ca subspecie separată se datorează faptului că proprietățile lor diferă semnificativ în partea mai buna din proprietățile altor tipuri de nanofibre de carbon. Acest lucru se explică prin faptul că stratul de grafen, care formează peretele nanotubului pe toată lungimea sa, are o rezistență ridicată la tracțiune, conductivitate termică și electrică. În schimb, în nanofibrele de carbon, atunci când se deplasează de-a lungul peretelui, au loc tranziții de la un strat de grafen la altul. Prezența contactelor interstrat și deficiența ridicată a structurii nanofibrelor înrăutățește semnificativ caracteristicile fizice ale acestora.

Poveste

Este dificil să vorbim despre istoria nanotuburilor și nanofibrelor separat, deoarece aceste produse se însoțesc adesea reciproc în timpul sintezei. Una dintre primele date privind producția de nanofibre de carbon este probabil brevetul din 1889 pentru producerea formelor tubulare de carbon formate prin piroliza unui amestec de CH4 și H2 într-un creuzet de fier de către Hughes și Chambers. Au folosit un amestec de metan și hidrogen pentru a crește filamente de carbon prin pirolizarea gazului, urmată de depunerea de carbon. A devenit posibil să se vorbească despre obținerea acestor fibre cu siguranță mult mai târziu, când a devenit posibil să se studieze structura lor folosind un microscop electronic. Prima observație a nanofibrelor de carbon folosind microscopia electronică a fost făcută la începutul anilor 1950 de oamenii de știință sovietici Radushkevich și Lukyanovich, care au publicat o lucrare în Jurnalul Sovietic de Chimie Fizică care arată fibre de carbon grafitice goale care aveau 50 de nanometri în diametru. La începutul anilor 1970, cercetătorii japonezi Koyama și Endo au reușit să producă fibre de carbon cu depunere de vapori (VGCF) cu un diametru de 1 micron și o lungime mai mare de 1 mm. Mai târziu, la începutul anilor 1980, Tibbetts din SUA și Benissad din Franța au continuat să îmbunătățească procesul de producere a fibrelor de carbon (VGCF). În SUA, cercetări mai aprofundate asupra sintezei și proprietăților acestor materiale pentru aplicații practice au fost efectuate de R. Terry C. Baker și au fost motivate de nevoia de a suprima creșterea nanofibrelor de carbon din cauza problemelor persistente cauzate de material. acumulare în diverse procese comerciale, în special în domeniul rafinării petrolului. S-a făcut prima încercare de comercializare a fibrelor de carbon crescute din faza gazoasă companie japoneză Nikosso în 1991 sub marca Grasker, în același an, Ijima și-a publicat faimoasa lucrare care anunța descoperirea nanotuburilor de carbon<#"justify">Chitanță

În prezent, sunt utilizate în principal sinteze bazate pe piroliza hidrocarburilor și sublimarea și desublimarea grafitului.

metoda arcului electric,
încălzire prin radiație (folosind concentratoare solare sau radiații laser),
laser-termic,
încălzire printr-un fascicul de electroni sau ioni,
sublimare în plasmă,
încălzire rezistivă.

Multe dintre aceste opțiuni au propriile lor variante. Ierarhia unor variante ale metodei arcului electric este prezentată în diagramă:

În prezent, cea mai comună metodă este pulverizarea termică electrozi de grafitîn plasmă cu descărcare în arc. Procesul de sinteză se realizează într-o cameră umplută cu heliu la o presiune de aproximativ 500 mmHg. Artă. Când plasma arde, are loc o evaporare termică intensă a anodului și se formează un depozit pe suprafața de capăt a catodului, în care se formează nanotuburi de carbon. Numărul maxim de nanotuburi se formează atunci când curentul de plasmă este minim și densitatea sa este de aproximativ 100 A/cm2. În instalațiile experimentale, tensiunea dintre electrozi este de aproximativ 15-25 V, curentul de descărcare este de câteva zeci de amperi, iar distanța dintre capetele electrozilor de grafit este de 1-2 mm. În timpul procesului de sinteză, aproximativ 90% din masa anodului este depusă pe catod. Numeroasele nanotuburi rezultate au o lungime de aproximativ 40 µm. Ele cresc pe catod perpendicular pe suprafața plană a capătului acestuia și sunt colectate în mănunchiuri cilindrice cu un diametru de aproximativ 50 de microni.

Mănunchiuri de nanotuburi acoperă în mod regulat suprafața catodului, formând o structură de tip fagure. Conținutul de nanotuburi din depozitul de carbon este de aproximativ 60%. Pentru a separa componentele, precipitatul rezultat este plasat în metanol și tratat cu ultrasunete. Rezultă o suspensie care, după adăugarea apei, este separată într-o centrifugă. Particulele mari se lipesc de pereții centrifugei, iar nanotuburile rămân plutitoare în suspensie. Apoi nanotuburile sunt spălate în acid azotic și uscate într-un flux gazos de oxigen și hidrogen în raport de 1:4 la o temperatură de 750°C. 0C timp de 5 minute. În urma acestei prelucrări se obține un material poros ușor, format din numeroase nanotuburi cu un diametru mediu de 20 nm și o lungime de 10 microni. Până acum, lungimea maximă a nanofibrelor este de 1 cm.

Piroliza hidrocarburilor

În ceea ce privește alegerea reactivilor de pornire și a metodelor de conducere a proceselor, acest grup are un număr semnificativ mai mare de opțiuni decât metodele de sublimare și desublimare a grafitului. Oferă un control mai precis asupra procesului de formare a CNT, este mai potrivit pentru producția la scară largă și permite producerea nu numai a nanomaterialelor de carbon în sine, ci și a anumitor structuri pe substraturi, fibre macroscopice constând din nanotuburi, precum și materiale compozite, în special, modificat cu carbon CNT-uri fibre de carbon și hârtie de carbon, compozite ceramice. Folosind litografie recent dezvoltată a nanosferei, a fost posibil să se obțină cristale fotonice din CNT-uri. În acest fel, este posibilă izolarea CNT-urilor de un anumit diametru și lungime.

Avantajele metodei pirolitice includ, în plus, posibilitatea implementării acesteia pentru sinteza matricei, de exemplu, folosind membrane poroase de oxid de aluminiu sau site moleculare. Folosind oxid de aluminiu, este posibil să se obțină CNT-uri ramificate și membrane CNT. Principalele dezavantaje metoda matricei sunt cost ridicat multe matrice, dimensiunea lor mică și necesitatea utilizării de reactivi activi și condiții dure pentru dizolvarea matricelor.

Cel mai adesea, pentru sinteza CNT-urilor și CNF-urilor se folosesc procesele de piroliză a trei hidrocarburi: metan, acetilenă și benzen, precum și descompunerea termică (disproporționarea) CO. Metanul, ca și monoxidul de carbon, nu este predispus la descompunere la temperaturi scăzute (descompunerea necatalitică a metanului începe la ~900 O C), ceea ce face posibilă sintetizarea SWCNT-urilor cu o cantitate relativ mică de impurități de carbon amorf. Monoxidul de carbon nu se descompune la temperaturi scăzute din alt motiv: cinetic. Diferența de comportament a diferitelor substanțe este vizibilă în Fig. 94.

Avantajele metanului față de alte hidrocarburi și monoxid de carbon includ faptul că piroliza acestuia cu formarea de CNT sau CNF este combinată cu eliberarea de H. 2și poate fi folosit deja instalațiile de producție existente N 2.

Catalizatori

Catalizatorii pentru formarea CNT-urilor și CNF-urilor sunt Fe, Co și Ni; promotorii, care sunt introduși în cantități mai mici, sunt predominant Mo, W sau Cr (mai rar - V, Mn, Pt și Pd), purtătorii de catalizator sunt oxizi și hidroxizi nevolatili ai metalelor (Mg, Ca, Al, La, Si , Ti, Zr), soluții solide, unele săruri și minerale (carbonați, spinel, perovskiți, hidrotalcit, argile naturale, diatomite), site moleculare (în special, zeoliți), silicagel, aerogel, gel de aluminiu, Si poros și C amorf. În acest caz, V, Cr, Mo, W, Mn și, probabil, alte metale în condiții de piroliză sunt sub formă de compuși - oxizi, carburi, metalați etc.

Ca catalizatori C, Co-Fe-Ni, aliaj dur Co-WC etc.), CoSi 2și CoGe 2,LaNi 5, MmNi 5(Mm - misch metal), aliaje de Zr și alte metale care formează hidrură. Dimpotrivă, Au și Ag inhibă formarea CNT-urilor.

Catalizatorii pot fi aplicați pe siliciu acoperit cu o peliculă subțire de oxid, germaniu, unele tipuri de sticlă și substraturi din alte materiale.

Purtătorul ideal pentru catalizatori este siliciul poros, obținut prin gravarea electrochimică a siliciului monocristalin într-o soluție de o anumită compoziție. Siliciul poros poate conține micropori (< 2 нм), мезопоры и макропоры (>100 nm). Pentru a obține catalizatori, se folosesc metode tradiționale:

amestecarea (mai puțin frecvent sinterizare) pulberi;
pulverizarea sau depunerea electrochimică a metalelor pe un substrat cu transformarea ulterioară a unui film subțire continuu în insule de dimensiuni nanometrice (se folosește și pulverizarea strat cu strat a mai multor metale;
depuneri chimice de vapori;
scufundarea substratului în soluție;
aplicarea unei suspensii cu particule de catalizator pe substrat;
aplicarea soluției pe un substrat rotativ;
impregnarea pulberilor inerte cu săruri;
coprecipitarea oxizilor sau hidroxizilor;
schimb de ioni;
metode coloidale (proces sol-gel, metoda micelelor inverse);
descompunerea termică a sărurilor;
arderea nitraților metalici.

Pe lângă cele două grupuri descrise mai sus, au fost dezvoltate un număr mare de alte metode de producere a CNT-urilor. Ele pot fi clasificate în funcție de sursele de carbon utilizate. Compușii de pornire sunt: grafitul și alte forme de carbon solid, compuși organici, compuși anorganici, compuși organometalici. Grafitul poate fi transformat în CNT-uri în mai multe moduri: măcinare intensivă cu bile urmată de recoacere la temperatură înaltă; electroliza sărurilor topite; împărțirea în foi de grafen separate și răsucirea spontană ulterioară a acestor foi. Carbonul amorf poate fi transformat în CNT-uri prin tratare în condiții hidrotermale. Din negru de fum CNT-urile (funingine) au fost obținute prin transformarea la temperatură înaltă în prezența catalizatorilor sau fără aceștia, precum și prin interacțiunea cu vaporii de apă sub presiune. Structurile nanotubulare sunt conținute în produsele de recoacere în vid (1000 O C) filme de carbon asemănător diamantului în prezența unui catalizator. În cele din urmă, transformarea catalitică la temperatură înaltă a fulleritei C 60sau prelucrarea lui în condiţii hidrotermale duce şi la formarea CNT-urilor.

Nanotuburile de carbon există în natură. O echipă de cercetători mexicani le-a descoperit în probe de ulei recuperate de la o adâncime de 5,6 km (Velasco-Santos, 2003). Diametrul CNT-urilor a variat de la câțiva nanometri la zeci de nanometri, iar lungimea a ajuns la 2 μm. Unele dintre ele au fost umplute cu diferite nanoparticule.

Purificarea nanotuburilor de carbon

distructiv,
nedistructiv,
combinate.

Metodele distructive folosesc reacții chimice care pot fi oxidative sau reductive și se bazează pe diferențele de reactivitate a diferitelor forme de carbon. Pentru oxidare se folosesc fie soluții de agenți oxidanți, fie reactivi gazoși, iar hidrogenul este utilizat pentru reducere. Metodele permit izolarea CNT-urilor de înaltă puritate, dar sunt asociate cu pierderi de tuburi.

Proprietățile nanotuburilor de carbon

Mecanic. Nanotuburile, așa cum s-a spus, sunt un material extrem de puternic, atât la tensiune, cât și la îndoire. Mai mult, sub influența tensiunilor mecanice care le depășesc pe cele critice, nanotuburile nu se „rup”, ci sunt rearanjate. Pe baza proprietăților de înaltă rezistență ale nanotuburilor, se poate argumenta că acestea sunt cel mai bun material pentru un cablu de lift spațial în acest moment. După cum arată rezultatele experimentelor și simulărilor numerice, modulul Young al unui nanotub cu un singur perete atinge valori de ordinul 1-5 TPa, care este un ordin de mărime mai mare decât cel al oțelului. Graficul de mai jos arată o comparație între un nanotub cu un singur perete și oțel de înaltă rezistență.

1 2

Conform calculelor, cablul liftului spațial trebuie să reziste la o solicitare mecanică de 62,5 GPa

Diagrama de tracțiune (dependența tensiunii mecanice σ din alungirea relativă ε)

Electric. Datorită dimensiunii reduse a nanotuburilor de carbon, abia în 1996 a fost posibilă măsurarea directă a rezistivității lor electrice folosind metoda cu patru dinte.

Benzi de aur au fost aplicate pe suprafața lustruită a oxidului de siliciu în vid. Nanotuburi lungi de 2-3 μm au fost depuse în golul dintre ele. Apoi, 4 conductori de wolfram cu o grosime de 80 nm au fost aplicați unuia dintre nanotuburile selectate pentru măsurare. Fiecare dintre conductorii de wolfram avea contact cu una dintre benzile de aur. Distanța dintre contactele de pe nanotub a variat între 0,3 și 1 μm. Rezultatele măsurătorilor directe au arătat că rezistivitatea nanotuburilor poate varia în limite semnificative - de la 5,1 * 10 -6până la 0,8 Ohm/cm. Rezistivitatea minimă este cu un ordin de mărime mai mică decât cea a grafitului. Majoritatea nanotuburilor au conductivitate metalică, iar o parte mai mică prezintă proprietățile unui semiconductor cu o bandă interzisă de la 0,1 la 0,3 eV.

Capilar. Experimentele au arătat că un nanotub deschis are proprietăți capilare. Pentru a deschide nanotubul, trebuie să îndepărtați partea superioară - capacul. O metodă de îndepărtare este recoacerea nanotuburilor la o temperatură de 850°C 0C timp de câteva ore într-un curent de dioxid de carbon. Ca urmare a oxidării, aproximativ 10% din toate nanotuburile devin deschise. O altă modalitate de a distruge capetele închise ale nanotuburilor este să le înmoaie în acid azotic concentrat timp de 4,5 ore la o temperatură de 2400 C. Ca urmare a acestui tratament, 80% din nanotuburi devin deschise.

Primele studii ale fenomenelor capilare au arătat că lichidul pătrunde în canalul de nanotuburi dacă tensiunea superficială a acestuia nu este mai mare de 200 mN/m. Prin urmare, pentru a introduce orice substanță în nanotuburi, se folosesc solvenți cu tensiune superficială scăzută. De exemplu, pentru a introduce nanotuburi ale unor metale în canal, se folosește acid azotic concentrat, a cărui tensiune superficială este scăzută (43 mN/m). Apoi recoacerea se efectuează la 4000 C timp de 4 ore în atmosferă de hidrogen, ceea ce duce la reducerea metalului. În acest fel, s-au obținut nanotuburi care conțin nichel, cobalt și fier.

Orez. 5. În interiorul C60 în interiorul nanotubului cu un singur perete

Efecte capilare și umplerea nanotuburilor

arc electric de piroliză de carbon de nanotuburi

Fenomenele capilare în nanotuburi de carbon au fost efectuate pentru prima dată experimental într-un studiu în care a fost observat efectul aspirației capilare a plumbului topit în nanotuburi. În acest experiment, s-a aprins un arc electric destinat sintezei nanotuburilor între electrozi cu diametrul de 0,8 și lungimea de 15 cm la o tensiune de 30 V și un curent de 180 - 200 A. Un strat de material 3-4 cm înălțime formată pe suprafața catodului ca urmare a distrugerii termice a suprafeței anodului a fost îndepărtată din cameră și ținută timp de 5 ore la T = 850°C într-un flux de dioxid de carbon. Această operație, care a dus la pierderea probei de aproximativ 10% din masa sa, a ajutat la curățarea probei de particule de grafit amorf și la expunerea nanotuburilor din sediment. Partea centrală a depozitului care conținea nanotuburi a fost plasată în etanol și tratată cu ultrasunete. Produsul de oxidare dispersat în cloroform a fost aplicat pe o bandă de carbon cu găuri pentru observare folosind un microscop electronic. După cum au arătat observațiile, tuburile care nu au fost supuse tratamentului aveau o structură fără sudură, capete cu formă regulată și un diametru de 0,8 până la 10 nm. Ca urmare a oxidării, aproximativ 10% dintre nanotuburi au ajuns cu capace deteriorate, iar unele dintre straturile din apropierea vârfului au fost rupte. O probă care conținea nanotuburi destinate observării a fost umplută în vid cu picături de plumb topit, care au fost obținute prin iradierea unei suprafețe metalice cu un fascicul de electroni. În acest caz, pe suprafața exterioară a nanotuburilor au fost observate picături de plumb cu dimensiuni cuprinse între 1 și 15 nm. Nanotuburile au fost recoapte în aer la T = 400°C (peste punctul de topire al plumbului) timp de 30 de minute. După cum arată rezultatele observațiilor făcute cu ajutorul unui microscop electronic, o parte din nanotuburi după recoacere s-a dovedit a fi umplută cu material solid. Un efect similar de umplere a nanotuburilor a fost observat atunci când capetele tuburilor, deschise ca urmare a recoacerii, au fost iradiate cu un fascicul de electroni puternic. Dacă iradierea este suficient de puternică, materialul din apropierea capătului deschis al tubului se topește și pătrunde. Prezența plumbului în interiorul tuburilor a fost determinată prin difracție de raze X și spectroscopie electronică. Diametrul celui mai subțire fir de plumb a fost de 1,5 nm. Conform rezultatelor observației, numărul de nanotuburi umplute nu a depășit 1%.