Спосіб отримання колоїдних розчинів

Реферат: Спосіб отримання колоїдних розчинів включає здійснення імпульсного електричного дугового розряду між стрижневим і кільцевим електродами аксіальної електротермічної гармати, виконаної з матеріалів одержуваних наночастинок. Кільцевий електрод, через який відбувається виділення продуктів горіння дуги, занурюють в робочу рідину так, що розвиток електричного розряду забезпечується в повітряному каналі між електродами гармати або в іншому газовому середовищі. UA 92710 U (12) UA 92710 U UA 92710 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів отримання колоїдних розчинів і може бути використана в агропромисловому комплексі для забезпечення ростостимулюючої дії сільськогосподарських культур, в медицині і біології, а також для виготовлення наноструктурованих рідин, що використовуються в машинобудуванні. Відомий хімічний спосіб здобуття наночастинок шляхом відновлення іонів металу в системі зворотних міцел, описаний в патенті РФ 2147487, B22F 9/24, дата подачі заявки 01.07.1999 р. (Дата публікації 20.04.2000). "Спосіб здобуття наноструктурованих металевих частинок". Недоліком цього способу є необхідність в універсальному і високоефективному очищенні отриманої дисперсії наночастинок від домішок, продуктів хімічних реакцій, що утворилися в результаті їх створення. Відмічений недолік усунений в способі здобуття наночастинок за вибуховою технологією, коли відрізки металевого дроту діаметром 7,5-25 мкм поміщають в камеру і пропускають через них електричний струм від генератора імпульсів з робочим струмом 450 кА і тривалістю одиничного імпульсу 100 нс (див. p. Sen "Preparation of Сі, Ag, Fe and Al nanoparticles by the exploding wire technique", Proc. Indian Sci; Chem. Sci Vol.115, Nos 5\6, October-December 2003, p.499-508, Indian Academy of Sciences). Недоліком цього способу є недопустимо великий розкид частинок, які отримані, по їх розмірах від 1 до 100 нм, виявлені також окремі фрагменти дроту розміром більше 10 мкм. Крім того, реалізація способу вимагає наявності дуже міцної камери, потужного спеціального генератора, причому процес украй складно автоматизувати в режимі безперервної роботи. Відмічений недолік усунений в способі здобуття наночастинок за допомогою імпульсного електричного дугового розряду в рідині, який описаний в патенті РФ 2417862, B22F 9/14, В82В 3/00. Заявка 2009141995/02 від 16.11.2009 р. "Спосіб здобуття наночастинок струмопровідних матеріалів". Необхідний технічний результат досягається тим, що у відомому способі здобуття наночастинок струмопровідних матеріалів, що включає розміщення електродів з матеріалів отриманих наночастинок в робочій рідині, здійснення між ними імпульсних електричних розрядів з утворенням дуги при підтримці міжелектродного проміжку постійним, згідно винаходом імпульсні електричні розряди модулюють високочастотним сигналом, який формують розрядним конденсатором, пов'язаним з електродами через регульовану індуктивність коливального контуру, а частоту модулюючого сигналу погоджують з частотою власних гідромеханічних коливань робочої рідини в міжелектродному проміжку шляхом переміщення електродів відносно один одного в площині, перпендикулярній міжелектродному проміжку, обертанням і реверсивним рухом. Проте реалізація даного способу зв'язана з узгодженням роботи великої кількості вузлів і елементів: високочастотним генератором, частоту якого необхідно погоджувати з власними гідромеханічними коливаннями робочої рідини в міжелектродному проміжку, системою приводу електродів, швидкий знос яких наводить до виходу за оптимізовані діапазони характерних параметрів запропонованого способу здобуття наночастинок. Крім того, електричний розряд в рідині наводить до розвитку електрогідравлічного удару, що супроводжується пошкодженням електродів і інших елементів устаткування, що використовується. Указані недоліки відсутні при використанні імпульсного дугового розряду в газовому або повітряному середовищі. Відомий спосіб і пристрій "Радіальна імпульсна дугова розрядна гармата для синтезування нанопорошків", United States Patent 6777639, Aug, 17, 2004. Синтез нанопорошків забезпечується за рахунок утворення щільної плазми при здійсненні імпульсного дугового розряду між стрижневими електродами в повітряному середовищі. Наявність атмосфери (відсутність рідини при розвитку електричного розряду) і щільної плазми сприяють синтезу нанопорошків стабільних розмірів. Крім того, в цих умовах відсутній електрогідравлічний удар, значно меншим динамічним навантаженням піддаються елементи устаткування. Проте, рух наночастинок, які формуються, відбувається в радіальному напрямі, що ускладнює їх збір. Тому для здобуття колоїдних розчинів необхідно здійснити їх накопичення і перемішати з рідиною. При цьому неминучі втрати отриманого матеріалу. Найбільш близьким по технічній суті є "Спосіб і пристрій прямого електротермічного перетворення кераміки в нанопорошок", United States Patent 6472632, October 29, 2002. Пристрій є аксіальною електротермічною гарматою, що складається з керамічного циліндра, усередині якого співвісно розміщено два електроди, - стрижневий і торцевий з отвором (кільце). Спосіб синтезу нанопорошків включає здійснення імпульсного електричного дугового розряду між стрижневим і кільцевим електродами, що знаходяться в повітряному середовищі, утворенню щільної плазми, що наводить до випару матеріалу стінки гармати і ерозії електродів. Утворення нанопорошків здійснюється з матеріалів стінки та електродів. Виділення продуктів горіння дуги і нанопорошку 1 UA 92710 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 відбувається в аксіальному напрямі через отвір торцевого електроду, що дозволяє зменшити втрати матеріалу, що синтезується. У цих умовах також відсутній електрогідравлічний удар. Параметри отриманого нанопорошку стабільні. Пристрій відрізняється простотою і надійністю роботи вузлів і елементів. Проте для виготовлення колоїдних розчинів з використанням аксіальної електротермічної гармати необхідно здійснювати збір нанопорошків, що синтезуються, і змішувати їх з рідиною. При цьому також неминучі втрати отриманого матеріалу, порушується технологічність і безперервність процесу. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб отримання колоїдних розчинів, в якій за рахунок зміни умов досягається зменшення втрат нанопорошків і спрощується здійснення процесу. Для вирішення поставленої задачі в способі отримання колоїдних розчинів, які містять здійснення імпульсного електричного дугового розряду між стрижневим і кільцевим електродами аксіальної електротермічної гармати, стінки і електроди якої виконані з матеріалу, одержуваних наночастинок, у відповідності з корисною моделлю, кільцевий електрод, через який здійснюється виділення продуктів горіння та наночастинок, занурюють в робочу рідину на глибину, яка забезпечує розвиток електричного розряду в каналі між електродами гармати в повітрі або в іншому газовому середовищі. Суть корисної моделі при проведенні способу здобуття колоїдних розчинів пояснюється кресленням на фіг. 1. (Електрична схема і пристрій реалізації способу). Пристрій для його реалізації складається з відомої аксіальної електротермічної гармати, виконаної з діелектричного циліндра 1, краї якого опресовані металевими стаканами 3 і 4. До стакану 3 за допомогою різьбового з'єднання кріпиться змінний стрижневий електрод 2 діаметром 6 мм, що виконує роль катода. Анодом є торцевий стакан 4 з отвором 5 (кільцевий електрод). Електроди виконані зі стали. Довжина діелектричного циліндра гармати 40 см, внутрішній діаметр - 8 мм, товщина стінки 1 см. Відстань між катодом і кільцевим електродом анодом регулювалася в межах від 8 до 15 см. Анод 4 - заземлений, а до стрижневого катода прикладалася напруга від ємнісного накопичувача енергії. Початковий тиск в міжелектродному проміжку атмосферний, робочий газ - повітря. Електрична блок-схема гармати, що складається з ємкісного накопичувана і схеми запуску, -3 зображена на цьому ж малюнку. Ємність накопичувача СІ = (1,5-3,0)• 10 Φ, робоча напруга до 5 кВ, максимальна енергія, що запасається, змінювалася в межах (18,75-37) кДж. Схема запуску включає конденсатори С2 і С3, індуктивність L, імпульсний трансформатор IT, а також запускаючий розрядник Р. Кільцевий електрод - анод 5 занурювався в робочу рідину. В даному випадку використовувалася вода. Глибина занурення даного електроду досягала 5-7 сантиметрів. Між катодом і анодом ініціювався потужнострумовий імпульсний дуговий розряд високого тиску, який був обмежений вузьким діелектричним каналом. Тривалість розряду складала 1,4 мс, максимальний струм досягав 4 кА. Надходження робочої речовини в канал розряду відбувається за рахунок інтенсивного випару електродів і речовини стінки діелектричної камери внаслідок чого тиск в каналі короткочасно підвищується до (100-150) атм. Режим роботи гармати газодинамічний. По отриманих оцінках параметри плазми складають: щільність і температура приблизно 10 16 -3 см і (1-2) еВ, відповідно. Розряд супроводжується інтенсивним випромінюванням і звуковим ефектом. На фіг. 2 (Фотографія плазмового згустку в повітрі) доведена фотографія плазмового згустку при збігові його в повітря. Фотографування здійснювалося з використанням фіолетового фільтру. Довжина утворення, що світиться, досягає 0,8 м. Виділення газоплазмового згустку через кільцевий анод в довкілля відбувається в адіабатичному режимі з надзвуковою швидкістю, що підтверджується утворенням "бочок", які присутні на мал. 2, і безпосереднім виміром швидкості з використанням оптичних датчиків. У цьому режимі відбувається нерівноважна конденсація перегрітої пари, що є причиною синтезу нанорозмірних частинок. Найважливішим позитивним ефектом, запропонованої корисної моделі, є можливість суттєво уникнути втрати синтезованого наноматеріалу щодо здобуття колоїдних розчинів на 2530 %. Запропонований спосіб щодо отримання нанопорошку відрізняється простотою і надійністю роботи дозволяє отримати нанопорошки зі стабільними за розмірами параметрами. 2 UA 92710 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб отримання колоїдних розчинів, що включає здійснення імпульсного електричного дугового розряду між стрижневим і кільцевим електродами аксіальної електротермічної гармати, виконаної з матеріалів одержуваних наночастинок, який відрізняється тим, що кільцевий електрод, через який відбувається виділення продуктів горіння дуги, занурюють в робочу рідину так, що розвиток електричного розряду забезпечується в повітряному каналі між електродами гармати або в іншому газовому середовищі. 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