СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ НАНОЧАСТИЦ Российский патент 2013 года по МПК C01B31/02 B82B3/00 B82Y40/00 C01B31/06 

Изобретение относится к синтезу алмазных наночастиц, которые могут быть использованы в катализаторах, автомобильных маслах и фармакологии.

Известно превращение различных форм углерода в алмаз при давлении порядка 100000 кг/см² (RU 2359902, С01В 31/06).

Известен процесс получения искусственных алмазов при этом давлении.

Известно также, что при схлопывании кавитационных пузырьков в воде образуются локальные области давления более 10000 кг/см².

Известны преимущества парожидкостных плазмотронов (RU 996678, 2010) по сравнению с газовыми плазмотронами, обусловленные более высокими значениями энтальпии (теплосодержания) плазменной струи (RU 2397848, 2010).

Известны способ и устройство плазмохимического синтеза нанообъектов RU 2371381, 2009 (аналог). Этот способ заключается в том, что создают плазму путем пропускания плазмообразующего газа через электрическую дугу с выходом плазмы через сопло, в которое вводят исходный дисперсный материал, и воздействуют на плазму и этот материал высокочастотным полем, при этом в область между зоной реакции и водоохлаждаемой камерой подают поток охлаждающего инертного газа, дополнительно в плазму вводят катализатор путем испарения катода, который перемещают по мере его испарения, и в низкотемпературной области плазмы системой возбуждения электронов повышают энергию их путем подачи напряжения 25 В на эмиттер системы возбуждения, при этом в охлаждающий поток газа вводят диспергированную жидкость и создают условия сопряжения плазменного реактора с ВЧ-полем. В способе осуществляют плазмохимический синтез в зоне каталитической реакции на внешней границе плазменного ядра, где температура 2500 К. После первичного охлаждения в газовой атмосфере реакционной камеры газовый поток, содержащий синтезированные нанообъекты, направляют для окончательного охлаждения в камеру с охлаждающей жидкостью, которая не контактирует с плазмой.

Недостатком аналога является сложность оборудования для его реализации, так как способ синтеза нанообъектов базируется на трудноконтролируемых и сложных плазмохимических процессах с использованием катализаторов.

Известен способ получения углеродосодержащих наночастиц (BY 11283 С01В 31/00, 2008 - прототип), включающий формирование плазменной струи с помощью плазмотрона и введения струи в объем жидких углеводородов. В способе плазмотрон работает на газообразном углеводородном рабочем теле. Недостатком способа является пожароопасность из-за совместного применения плазмы и углеводородов.

Предлагаемое изобретение направлено на реализацию непрерывного процесса получения алмазных наночастиц (наноалмазов) с использованием серийно выпускаемого оборудования.

Возможность реализации изобретения основана на том, что при введении в воду плазменной струи со скоростью ее истечения из сопла порядка 100 м/сек из-за возникающих больших градиентов скоростей и температур, взрывного пара - и вихреобразования в объеме воды в зоне контакта с плазмой происходит образование кавитационных пузырьков, внутрь которых попадают атомы углерода, как продукт диссоциации молекул спирта в плазме. При схлопывании пузырьков при возникающем давлении более 10000 кг/см² образуются в соответствии с известной диаграммой фазовых состояний углерода наноалмазы, которые концентрируются в воде в виде взвеси. Наиболее простой способ их извлечения их из водной взвеси - выпаривание.

Техническим результатом является осуществление непрерывного процесса получения наноалмазов 20-40 нм.

Достигается это тем, что способ получения алмазных наночастиц включает формирование с помощью парожидкостного плазмотрона плазменной струи из спирта или его водного раствора (которые используют в качестве рабочего тела плазмотрона) и вводят струю в объем воды. Полученную взвесь наночастиц в воде испаряют для их извлечения.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Нанодисперсную алмазную фазу углерода в виде наночастиц получают с помощью плазменного комплекса «Горынычъ», серийно выпускаемого в соответствии с патентом RU 93712, 2010 при токе 6А и напряжении 120 В на панеле управления плазмотрона и при использовании сопла с отверстием, диаметром 1,2 мм, а в качестве плазмообразующего рабочего тела используют 80%-ный раствор этанола в дистиллированной воде. Для этого используют открытый сверху стеклянный сосуд объемом 1 л или более с водой комнатной температуры (для увеличения длительности процесса используют сосуд с проточной водой, расход которой 0,01-0,05 л/мин в зависимости от требуемой концентрации наноалмазов в воде). Формируют плазменную струю длиной 200-300 мм, далее вводят ее в объем воды, погружая в нее сопло плазмотрона перпендикулярно поверхности воды на глубину 10-20 мм и удерживают плазмотрон в этом положении в течение не менее 20 мин и более для получения заметной концентрации наноалмазов. Наличие наноалмазов в воде контролируют с помощью люминесценции по характерному для алмаза голубовато-синеватому высвечиванию взвеси при освещении воды в сосуде ультрафиолетовым источником света. Далее полученную взвесь выпаривают.

На фиг.1 и 2 представлены изображения наноалмазов, полученные в электронном микроскопе. На фиг.3 представлена электронограмма наноалмазов.

Таким образом поставленная задача получения наноалмазов достигнута.

Изобретение может быть использовано в плазмохимии и фармакологии. С помощью парожидкостного плазмотрона формируют плазменную струю из спирта или его водного раствора. Плазменную струю вводят в объем воды, погружая сопло плазмотрона перпендикулярно поверхности воды на глубину 10-20 мм. Техническим результатом является получение наноалмазов 20-40 нм в непрерывном процессе. 3 ил.

Способ получения алмазных наночастиц, включающий формирование с помощью плазмотрона плазменной струи, которую вводят в объем жидкости, отличающийся тем, что струю формируют с помощью парожидкостного плазмотрона из спирта или его водного раствора и вводят в объем воды.