СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ Российский патент 2000 года по МПК C01B31/02 

Изобретение относится к области получения новой формы углерода (C₆₀, C₇₀, C₇₈). На базе фуллеренов создаются новые фотопроводящие материалы, пленки со сверхпроводимостью, магнитные диски, обладающие сверхвысокой плотностью информации. Однако успешное использование данных материалов на основе фуллеренов сдерживается сложностью получения, высокой ценой его и дефицитом.

Известны способы получения фуллеренов, которые основаны на термическом испарении графита и углеродсодержащих соединений, что требует создания высоких температур (≈ 3000^oC) в активной зоне [Kratschmer W. Nature. 347-354. 1990. Mejer B.Chem. Phes. 93 7800. 1990].

Согласно прототипу [Реферат к заявке Японии N 5070115 /база данных WPIL on Queste/, неделя 9317, Лондон, Дервент публикейшн. ЛТД, AN 93-136983, класс E36, L03] предлагаемого изобретения получение глобулярных кластеров углерода осуществляется путем декомпозиции и взрыва водородных газов в контейнере, в который добавляют порошки металлов.

Недостатком способа-прототипа являются сложность аппаратурно-технологического оформления, низкая производительность процесса и взрывоопасность водородсодержащих газов.

Задача предлагаемого способа состоит в упрощении технологии, в увеличении производительности процесса, повышении выхода готовой продукции, улучшении условий техники безопасности и уменьшении вероятности возникновения аварий.

Поставленная задача осуществляется путем восстановления углеродсодержащих соединений, при этом тетрахлорид углерода восстанавливают магнием при соотношении (3,1 - 3,2):1 и температуре 800 - 1000^oC.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Пары металлического магния взаимодействуют с парами тетрахлорида углерода. Одновременно происходит разложение четыреххлористого углерода. Вследствие высокой температуры в зоне реакции и протекания процесса образования углерода на атомарном уровне образуется сажа с повышенным содержанием фуллеренов. Образующийся углерод выводится из зоны реакции, осаждается в холодных зонах, что позволяет ему сохранить значительную долю фуллеренов.

Выбор параметров процесса обусловлен следующим. При отношении тетрахлорида углерода к металлическому магнию более 3,2 в продуктах реакции будет присутствовать хлор, что приведет к коррозии аппаратуры. В случае этого отношения ниже 3,1 будут иметь место потери металлического магния в виде непрореагировавшего металла. Проведение процесса восстановления при температуре ниже 800^oC не позволяет достигнуть достаточно высокого выхода фуллеренов, а при температуре выше 1000^oC наблюдается коррозия аппаратуры.

Пример. Лабораторная установка состояла из шахтной электропечи, герметичного реактора, стакана и системы подачи тетрахлорида углерода. В стакан загружали металлический магний и монтировали аппарат. После разогрева до 750^oC подавали тетрахлорид углерода. Температуру поддерживали в интервале 800-1000^oC. Процесс осуществляли в атмосфере гелия. После окончания подачи тетрахлорида углерода осуществляли подачу в реактор аргона и охлаждение продуктов реакции. Полученные продукты растворяли в толуоле или бензоле и анализировали на содержание фуллеренов. Основные результаты приведены в таблице.

Полученные данные свидетельствуют о том, что осуществление данного способа позволяет получить продукт при достаточно высоком выходе фуллеренов (≈35%). Процесс осуществляется по простой аппаратурно-технологической схеме.

Производительность реактора может быть доведена до промышленного масштаба производства магниетермического титана. За счет этого, а также проведения процесса в высокопроизводительном реакторе для металлотермического восстановления галогенидов с использованием относительно дешевого исходного сырья (хлоридов углерода) экономический эффект повышается на 50% и более. При этом также улучшаются условия труда и техники безопасности за счет исключения из технологического цикла взрывоопасных водородсодержащих газов.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении фотопроводящих материалов, пленок со сверхпроводимостью, магнитных дисков со сверхвысокой плотностью информации. В реактор загружают металлический магний. Разогревают до 800-1000^oC. Подают СCl₄. Соотношение CCl₄:Mg (3,1-3,2):1. Процесс проводят в атмосфере Не. По окончании реакции реактор заполняют аргоном и охлаждают. Продукты реакции разделяют экстракцией в толуоле. Способ может быть осуществлен в обычном реакторе с использованием дешевого сырья. Улучшаются условия труда и техника безопасности за счет исключения взрывоопасных газов. Выход фуллеренов ~ 35 мас.%. 1 табл.

Способ получения фуллеренов путем металлотермического восстановления углеродсодержащих соединений, отличающийся тем, что тетрахлорид углерода восстанавливают магнием при соотношении (3,1-3,2):1 и 800-1000^oC.