Способ получения металлоуглеродных кластерных композиций Советский патент 1992 года по МПК C01B31/00 

Изобретение относится к способу получения углеродных материалов, а именно к способу получения металлоуглеродных композиций, и может быть использовано в химической промышленности, а соединения могут быть использованы в качестве магнитных материалов и катализаторов.

Известны способы получения металлоуглеродных кластерных композиций, в которых кластеры располагаются между углеродными слоями, заключающиеся во внедрении в слоистые соединения графита хлорида металла и его последующее восстановление.

Подобными методами получают слоистые углеродные соединения, содержащие кластеры двух металлов - Fe-Mo и Fe-W.

Существенными недостатками данных способов являются сложность получения металлоуглеродных композиций, многоста- дийность процессов их получения, невозможность регулирования содержания металла в кластерах путем изменения технологических параметров синтеза.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения слоистых кластерных соединений железа в матрице графита. Этот способ заключается в том, что частицы природного графита пропитывают растворами железопентакарбо- нила, динатрийжелезотетракарбонила или трижелезододекакарбонила в тетрагид- рофуране, после чего подвергают карбонильные соединения фотохимически

VI

(л)

О

ЧХ

Ю

деструкции, получая межслоевые соединения графита, содержащие в зависимости от используемого карбонила 3,8: 4,2; 6,2% железа соответственно.

Однако известный способ характеризуется длительностью процесса фотодеструкции карбонилов, достигающей несколько десятков часов.

Цель изобретения - сокращение-длительности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения металлоугле- родных кластерных композиций, включающему смешение карбонильных соединений металлов с углеродсодержащим компонентом и термообработку полученной смеси, в качестве углеродсодержащего компонента используют органические соединения, имеющие полисопряженные ароматические ядра - продукты вторичных процессов переработки нефти и угля ияи индивидуальные органические соединения и их смеси. А в качестве карбонильных соединений используются соединения металлов 6,7 или 8 групп или их смеси.

Содержание металла в получаемых композициях определяется его содержанием в карбонизуемом сырье и находится в пределах от 0,1 до 70 вес. %. Композиции с содержанием металла менее чем 0,1 вес.% по своим свойствам не отличаются от свойств карбонизуемого исходного органического сырья. При содержании металла более 70 вес.% свойства композиции будут определять свойства продуктов разложения исходного комплексного соединения.

Верхняя температура карбонизации определяется температурой плавления металла или температурой разрушения графитовой матрицы. Одна должна быть не менее 400°С, так как при этой температуре деструкция углеродсодержащей компоненты и карбонильных соединений начинает протекать со значительной скоростью.

В известном способе кластеры металла формируются непосредственно в графитовой матрице путем фотодеструкции карбонильных соединений железа.

В предлагаемом способе формирование кластеров металла происходит путем термического разложения карбонильных соединений металлов с одновременным образованием углеродной матрицы при карбонизации углеводородной части исходного сырья. Регулирование содержания металла в исходной смеси позволяет изменять его содержание в получаемой композиции.

Пример1. Смесь 24,6 г (1:1 вес.) фенантрена с трифениленом и 0,15 г 1,4-ди- фенилбутадиен-1,3-железотрикарбонила

нагревают до 900°С за 20 мин в атмосфере азота и получают композицию, содержащую кластеры железа , стабилизированные графитовой матрицей, что подтверждается данными спектров ядерного гамма-резонанса (ГРС). По данным магнитных измерений и нейтронно-активационного анализа композиция диамагнитна и содержит 0,1% железа.

0 П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 смесь 1,9 г (1:1 вес.) фенантрена с трифениленом и 0,8 г 1,4-дифенилбутадиен-1,3-же- лезотрикарбонила нагревают до 900°С за 20 мин в атмосфере азота и получают ком5 позицию, содержащую кластеры железа, что подтверждается данными ГРС. По магнитным измерениям и данным нейтронно-активационного анализа композиция ферромагнитна и содержит 5,5%

0 железа.

ПримерЗ. К 9,0 г пека пиролиза бензина с т.разм,93°С (по КиШ), разогретому до 250°С в атмосфере аргона, прикапывают при перемешивании 21 г

5 пентакарбонила железа в течение 30 мин. Полученную смесь нагревают до 400°С и выдерживают 60 мин при этой температуре. В результате получают ферромагнитную композицию, содержащую 70% железа в ви0 де кластеров (по данным магнитных измерений, ГРС и нейтронно-активационного анализа).

П р и м е р 4. Смесь 15.9 г пека с т.разм.97°С (по КиШ), полученного ожиже5 нием угля, и 20,0 г циклопентадиенилмарга- нецтрикарбонила нагревают до 1200°С за 40 мин в атмосфере аргона и получают композицию, содержащую 37% металла в кластерном состоянии (по данным ГРС,

0 элементного анализа и магнитных измерений).

П р и м е р 5. Аналогично примеру 2 к 7,6 терилена, разогретому до 250°С, прикапывают раствор 3,5 г карбонила вольфрама в

5 20,0 г пентакарбонила железа в течение 30 мин. Карбонизацией полученной смеси при 1000°С в инертной атмосфере получают композицию, содержащую 28% вольфрама и 7,5% железа в виде кластеров (по данным

0 элементного анализа, магнитных измерений и ГРС).

П р и м е р 6. Аналогично примеру 2 к 9,0 г пека пиролиза бензина с т.разм.93°С (по КиШ), разогретому до 250°С в атмосфере

5 аргона, прикапывают 21 г пентакарбонила железа в течение 30 мин. Полученную смесь нагревают до 1500°С за 40 мин в атмосфере аргона. В результате получают композицию, содержащую ст-железо и его карбиды (по данным магнитных измерений и ГРС).

Как видно из приведенных примеров, при термообработке исходных смесей снижается продолжительность процесса и получают металлоуглеродные кластерные композиции, обладающие магнитными свойствами. А изменение содержания металла в исходной смеси позволяет менять его содержание в получаемой композиции и ее свойства.

Формула изобретения Способ получения металлоуглеродных кластерных композиций, включающий смешение карбонилов металлов с углеродсо

держащим компонентом и последующую обработку полученной смеси, отличающийся тем, что, с целью сокращения продолжительности процесса, в качестве карбонилов металлов используют карбони- лы металлов 6, 7 или 8 групп или их смеси, в качестве углеродсодержащего компонента - органические соединения, имеющие полисопряженные ароматические ядра, и полученную смесь обрабатывают путем нагрева в инертной атмосфере в интервале температур от 400°С до температуры плавления соответствующего металла.

Изобретение относится к технологии получения металлоуглеродных кластерных композиций, используемых в качестве магнитных материалов и катализаторов. Цель - сокращение продолжительности процесса. Сущность способа заключается в смешении карбонила металла 6.7 или 8 групп или их смеси с органическим соединением, имеющим полисопряженные ароматические ядра, и нагревают полученную смесь в интервале температур от 400°С до температуры плавления соответствующего металла. Продолжительность процесса составляет 0.5-1,5 ч. ё