Спосіб одержання вуглецевих наноматеріалів з органічних рідин

Реферат: Спосіб одержання вуглецевих наноматеріалів з органічних рідин включає обробку органічної рідини імпульсними розрядами напругою від 40 до 50 кВ з частотою від 4 до 15 Гц, при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 0,2 кДж, відділення порошку вуглецевого наноматеріалу фільтрацією обробленої рідини, відведення газової суміші, що утворилася і містить вуглець, і обробку її імпульсними електричними розрядами з заданими параметрами, причому обробку суміші газів, що утворилася і містить вуглець, здійснюють електричними розрядами з частотою від 1,0 до 10 кГц, напругою від 10 до 20 кВ при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 1,0 Дж. UA 80694 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ВУГЛЕЦЕВИХ НАНОМАТЕРІАЛІВ З ОРГАНІЧНИХ РІДИН UA 80694 U UA 80694 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до розрядно-імпульсних способів одержання вуглецевих наноматеріалів (ВНМ). Відомо спосіб одержання порошку вуглецевого наноматеріалу - алмазу (Патент 77370 Україна, МПК (2006) С01 В31/06. Спосіб одержання порошку синтетичного ультрадисперсного алмазу, опубл. 15.11.2006, Бюл. № 11), що включає дію на матеріал, який містить вуглець, імпульсних електричних розрядів при напрузі від 40 до 50 кВ і запасі енергії в одному імпульсі від 10 до 20 кДж. Для відділення із органічної рідини вуглецевих наноматеріалів оброблену рідину подають на центрифугу. Ознаками, спільними з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є обробка рідини імпульсними електричними розрядами при напрузі від 40 до 50 кВ і відділення порошку вуглецевих наноматеріалів з обробленої рідини. До причин, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату слід віднести малий вихід (менше 20 %) вуглецевих наноматеріалів, великий запас енергії в одному імпульсі, неможливість переробки суміші газів, що утворюються в процесі обробки органічних рідин і містять вуглець, неможливість безперервності і безвідходності процесу. Як прототип вибрано спосіб переробки органічних розчинників або їх відходів (Патент № 68246 Україна, МПК (2012.01) С01В31/06, В82В 3/00, опубл. 26.03.2012, Бюл. № 6.), який включає обробку органічних розчинників або їх відходів, імпульсними електричними розрядами, які здійснюють напругою від 40 до 50 кВ з частотою від 4 до 15 Гц при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 2,0 кДж та виділення порошку вуглецевих наноматеріалів за допомогою фільтрації оброблених органічних розчинників або їх відходів. Суміш газів, що утворилися в результаті дії імпульсних розрядів на рідину і містить вуглець, відводять та обробляють імпульсними електричними розрядами напругою від 30 до 40 кВ з частотою від 10 до 25 Гц при запасі енергії в одному імпульсі від 0,05 до 0,1 кДж. Ознаками, спільними з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є обробка органічної рідини імпульсними розрядами напругою від 40 до 50 кВ з частотою від 4 до 15 Гц, при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 0,2 кДж, відділення порошку вуглецевого наноматеріалу фільтрацією обробленої рідини, відведення газової суміші, що утворилася і містить вуглець, і обробка її імпульсними електричними розрядами. До причин, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату, слід віднести неповну переробку суміші газів, що утворилася і містить вуглець, імпульсними електричними розрядами в електророзрядній камері. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб одержання вуглецевих наноматеріалів з органічних рідин шляхом оптимізації процесу обробки суміші газів імпульсними електричними розрядами, що дозволить створити умови для виникнення нерівноважної вуглецевої плазми по всьому перерізу електророзрядної камери і за рахунок цього підвищити ступінь переробки суміші газів і збільшити загальний вихід вуглецевого наноматеріалу. Суть корисної моделі, що заявляється, полягає в тому, що у способі отримання вуглецевих наноматеріалів з органічних рідин, що включає обробку органічної рідини імпульсними розрядами напругою від 40 до 50 кВ з частотою від 4 до 15 Гц, при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 0,2 кДж, відділення порошку вуглецевого наноматеріалу фільтрацією обробленої рідини, відведення газової суміші, що утворилася і містить вуглець, і обробку її імпульсними електричними розрядами, згідно з корисною моделлю, обробку суміші газів, що утворилася і містить вуглець, здійснюють імпульсними електричними розрядами з частотою 1 до 10 кГц, напругою від 10 до 20 кВ при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 1 Дж. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом необхідно відзначити таке. Ознаки "обробку суміші газі, що утворилася і містить вуглець, здійснюють імпульсними електричними розрядами з частотою 1 до 10 кГц, напругою від 10 до 20 кВ при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 1 Дж" дозволяють створити умови для виникнення нерівноважної вуглецевої плазми по всьому перерізу електророзрядної камери і за рахунок цього підвищити ступінь переробки суміші газів і збільшити загальний вихід вуглецевого наноматеріалу. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображена функціональна схема для реалізації способу отримання вуглецевих наноматеріалів з органічних рідин. Функціональна схема містить: бак-накопичувач 1, електророзрядні камери 2 і 3, генератори імпульсних струмів (ГІС) 4 і 5, накопичувально-роздільний пристрій 6, газозбірник 7, фільтрувальний пристрій 8, насос 9. Спосіб здійснюють таким чином. Органічну рідину з бака-накопичувача 1 подають в електророзрядну камеру 2. На електроди електророзрядної камери 2 подають напругу від ГІС 4 і обробляють органічну рідину 1 UA 80694 U 5 10 15 20 25 імпульсними електричними розрядами, які здійснюють напругою від 40 до 50 кВ з частотою від 4 до 15 Гц при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 0,2 кДж. Оброблену органічну рідину, яка містить вуглецеві наноматеріали, а також суміш газів, що утворилася та містить вуглець, з електророзрядної камери 2 подають у накопичувально-роздільний пристрій 6, з якого рідину для відділення порошку вуглецевого наноматеріалу безперервно подають до фільтрувалього пристрою 8, пропускаючи через фільтри. Після відділення вуглецевого наноматеріалу органічну рідину знову за допомогою насоса 9 подають у бак-накопичувач 1. Суміш газів, що утворилася та містить водень і вуглеводні, накопичують у накопичувальнорозділовому пристрої 6 та подають у електророзрядну камеру 3. На електроди електророзрядної камери 3 подають напругу від ГІС 5 і обробляють суміш газів імпульсними розрядами з частотою від 1 до 10 кГц, напругою від 10 до 20 кВ при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 1 Дж. Порошок вуглецевих наноматеріалів накопичується в електророзрядній камері 3, а водень подають у газозбірник 7. Безперервну обробку органічної рідини і суміші газів, що утворюється та містить вуглець і вуглеводні, імпульсними електричними розрядами здійснюють до повного розкладання органічної рідини на ВНМ і водень. Використання діапазону частот імпульсних розрядів під час обробки суміші газів від 1 до 10 кГц дозволяє створити умови для виникнення нерівноважної вуглецевої плазми по всьому перерізу електророзрядної камери, а також зменшити енергію в одному імпульсі, що призводить до підвищення ступеня переробки суміші газів та збільшення масового виходу вуглецевих наноматеріалів. Оптимальні діапазони напруги і енергії в імпульсі встановлені експериментально. Порошок ВНМ, що накопичується на фільтрах фільтруючого пристрою, висушують і очищують хімреактивами. Порошок, який накопичується у електророзрядній камері 3, не потребує сушіння та очищення. Використання способу, що заявляється, дає змогу підвищити ступінь переробки газової суміші вуглеводнів та збільшити загальний вихід вуглецевого наноматеріалу. Для підтвердження цього був проведений порівняльний експеримент по обробці органічних рідин (етанол і бензол). 30 Органічна рідина бензол етанол прототип спосіб, що заявляється прототип спосіб, що заявляється Запас енергії в Вихід ВНМ із одному органічних імпульсі при рідин на обробці фільтруючому органічних пристрої, % рідин, кДж 0,15 12,4 Частота обробки суміші газів, Гц 10 Запас Вихід ВНМ енергії в із суміші Загальний одному газів в вихід імпульсі при електропорошків обробці розрядній ВНМ суміші газів, камері Дж 3, % 60 53,1 58,9 0,15 12,6 4000 0,15 71,2 74,6 0,12 5,8 10 100 44,2 47,4 0,12 5,7 4000 0,25 57,2 59,6 Таким чином, спосіб дозволить підвищити ступінь переробки суміші вуглеводневих газів, що виділяються під час обробки органічних рідин і за рахунок цього збільшити загальний вихід вуглецевих наноматеріалів. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб одержання вуглецевих наноматеріалів з органічних рідин, що включає обробку органічної рідини імпульсними розрядами напругою від 40 до 50 кВ з частотою від 4 до 15 Гц, при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 0,2 кДж, відділення порошку вуглецевого наноматеріалу фільтрацією обробленої рідини, відведення газової суміші, що утворилася і містить вуглець, і обробку її імпульсними електричними розрядами з заданими параметрами, який відрізняється тим, що обробку суміші газів, що утворилася і містить вуглець, здійснюють електричними розрядами з частотою від 1,0 до 10 кГц, напругою від 10 до 20 кВ при запасі енергії в одному імпульсі від 0,1 до 1,0 Дж. 2 UA 80694 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3