» »

Metoda za pročišćavanje površinskih i podzemnih voda od titana i njegovih spojeva korištenjem ugljikovih nanocijevi i ultrazvuka. Ugljične nanocijevi Čišćenje ugljičnih nanocijevi

Ministarstvo obrazovanja i znanosti Ruske Federacije

Federalna državna ustanova visokog stručnog obrazovanja

Rusko kemijsko-tehnološko sveučilište nazvano po D. I. Mendeljejeva

Fakultet naftne kemije i polimernih materijala

odjela kemijska tehnologija ugljikovih materijala

IZVJEŠĆE O PRAKSI

na temu UGLJIČNE NANOCIJEVI I NANOVOLF

Dovršio: S. D. Marinin

Provjerio: doktor kemijskih znanosti, Bukharkina T.V.

Moskva, 2013

Uvod

Područje nanotehnologije se u cijelom svijetu smatra ključnom temom za tehnologiju u 21. stoljeću. Mogućnosti njihove svestrane primjene u područjima gospodarstva kao što su proizvodnja poluvodiča, medicina, senzorska tehnologija, ekologija, automobilska industrija, Građevinski materijali, biotehnologija, kemija, zrakoplovstvo i astronautika, strojarstvo i tekstilna industrija, nose ogroman potencijal rasta. Upotreba nanotehnoloških proizvoda uštedjet će na potrošnji sirovina i energije, smanjiti emisije u zrak i time doprinijeti održivi razvoj Ekonomija.

Nanotehnologija se razvija u novom interdisciplinarnom području - nanoznanosti, od kojih je jedno i nanokemija. Nanokemija se pojavila na prijelazu stoljeća, kada se činilo da je sve u kemiji već otvoreno, sve jasno, a preostalo je samo koristiti stečeno znanje za dobrobit društva.

Kemičari su oduvijek znali i dobro razumjeli važnost atoma i molekula kao glavnih "građevnih blokova" golemog kemijskog temelja. Istodobno, razvojem novih istraživačkih metoda, poput elektronske mikroskopije, visokoselektivne masene spektroskopije, u kombinaciji s posebnim metodama pripreme uzoraka, omogućeno je dobivanje podataka o česticama koje sadrže mali, manji od stotinu, broj atoma.

Te čestice, veličine oko 1 nm (10-9 m je samo milimetar podijeljen s milijunom), imaju neobična, nepredvidiva kemijska svojstva.

Najpoznatije i za većinu ljudi najrazumljivije su sljedeće nanostrukture kao što su fulereni, grafen, ugljikove nanocijevi i nanovlakna. Svi se sastoje od atoma ugljika koji su međusobno povezani, ali njihov je oblik značajno drugačiji. Grafen je ravnina, monosloj, "pokrivač" ugljikovih atoma u SP 2 hibridizacija. Fullereni su zatvoreni poligoni, pomalo podsjećaju na nogometnu loptu. Nanocijevi su cilindrična šuplja volumetrijska tijela. Nanovlakna mogu biti čunjevi, cilindri, zdjele. U svom radu nastojat ću posebno istaknuti nanocijevi i nanovlakna.

Struktura nanocijevi i nanovlakna

Što su ugljične nanocijevi? Ugljične nanocijevi su ugljični materijal, koji je cilindrična struktura promjera reda nekoliko nanometara, koja se sastoji od grafitnih ravnina valjanih u cijev. Grafitna ravnina je kontinuirana šesterokutna mreža s atomima ugljika na vrhovima šesterokuta. Ugljične nanocijevi mogu varirati po duljini, promjeru, kiralnosti (simetrija presavijene grafitne ravnine) i broju slojeva. Kiralnost<#"280" src="/wimg/13/doc_zip1.jpg" />

Jednoslojne nanocijevi. Jednoslojne ugljične nanocijevi (SWCNT) su podvrsta ugljičnih nanovlakna sa strukturom formiranom valjanjem grafena u cilindar sa spajanjem njegovih strana bez šava. Preklapanje grafena u cilindar bez šava moguće je samo na konačan broj načina koji se razlikuju u smjeru dvodimenzionalnog vektora koji spaja dvije ekvivalentne točke na grafenu koje se poklapaju kada se umota u cilindar. Ovaj vektor naziva se vektor kiralnosti jednoslojne ugljične nanocijevke. Dakle, jednoslojne ugljikove nanocijevi razlikuju se po promjeru i kiralnosti. Promjer jednoslojnih nanocijevi, prema eksperimentalnim podacima, varira od ~ 0,7 nm do ~ 3-4 nm. Duljina jednoslojne nanocijevi može doseći 4 cm. Postoje tri oblika SWCNT-a: akiralni tipa “fotelja” (dvije strane svakog šesterokuta su orijentirane okomito na os CNT), akiralni tipa “cik-cak” ( dvije strane svakog šesterokuta orijentirane su paralelno s CNT osi) i kiralne ili spiralne (svaka strana šesterokuta nalazi se na os CNT-a pod kutom različitim od 0 i 90 º ). Dakle, akiralni CNT tipa "fotelja" karakteriziraju indeksi (n, n), tipa "cik-cak" - (n, 0), kiralni - (n, m).

Broj slojeva u MWCNT najčešće nije veći od 10, ali u pojedinačni slučajevi doseže nekoliko desetaka.

Ponekad se među višeslojnim nanocijevima izdvajaju dvoslojne nanocijevi kao posebna vrsta. Struktura tipa "ruske lutke" je skup cilindričnih cijevi koje su koaksijalno ugniježđene jedna u drugu. Druga varijacija ove strukture je skup koaksijalnih prizmi ugniježđenih jedna u drugu. Konačno, posljednja od ovih struktura nalikuje svitku. Za sve strukture na sl. karakteristična vrijednost udaljenosti između susjednih slojeva grafena, blizu vrijednosti od 0,34 nm, svojstvena udaljenosti između susjednih ravnina kristalnog grafita<#"128" src="/wimg/13/doc_zip3.jpg" />

Ruska gnjezdarica Roll Papier-mache

Ugljična nanovlakna (CNF) su klasa materijala u kojoj su savijeni slojevi grafena ili nanokonusi presavijeni u obliku jednodimenzionalnog filamenta, čija se unutarnja struktura može okarakterizirati kutom α između slojeva grafena i osi vlakana. Jedna od uobičajenih razlika primjećuje se između dvije glavne vrste vlakana: riblje kosti, s gusto zbijenim konusnim slojevima grafena i velikim α, i bambusa, s cilindričnim čašastim slojevima grafena i malim α, koji su više poput višeslojnih ugljikovih nanocijevi.<#"228" src="/wimg/13/doc_zip4.jpg" />

a - nanovlakna "kolona kovanica";

b - nanovlakna "struktura riblje kosti" (slaganje čunjeva, "riblja kost");

c - nanofiber "sloj šalica" ("sjenila za lampe");

d - nanocijev "Ruska matrjoška";

d - nanovlakna nalik bambusu;

e - nanovlakna sa sfernim presjecima;

g - nanovlakna s poliedrskim presjecima

Izolacija u zasebnu podvrstu ugljične nanocijevi zbog činjenice da se njihova svojstva izrazito razlikuju u bolja strana od svojstava drugih vrsta ugljičnih nanovlakna. To se objašnjava činjenicom da grafenski sloj koji tvori stijenku nanocijevi duž cijele duljine ima visoku vlačnu čvrstoću, toplinsku i električnu vodljivost. Nasuprot tome, u ugljičnim nanovlaknima, pri kretanju duž zida, dolazi do prijelaza iz jednog sloja grafena u drugi. Prisutnost međuslojnih kontakata i velika neispravnost strukture nanovlakna značajno narušavaju njihove fizičke karakteristike.

Priča

Teško je govoriti o povijesti nanocijevi i nanovlakna odvojeno, jer ti proizvodi često prate jedni druge tijekom sinteze. Jedan od prvih podataka o proizvodnji ugljičnih nanovlakna vjerojatno je patent iz 1889. za proizvodnju cjevastih oblika ugljika nastalih pirolizom smjese CH4 i H2 u željeznom lončiću od strane Hughesa i Chambersa. Koristili su mješavinu metana i vodika za uzgoj ugljičnih vlakana pirolizom plina nakon čega je uslijedilo taloženje ugljika. O dobivanju ovih vlakana postalo je moguće sigurno govoriti mnogo kasnije, kada je postalo moguće proučavati njihovu strukturu pomoću elektronskog mikroskopa. Prvo elektronsko mikroskopsko promatranje ugljičnih nanovlakna obavili su ranih 1950-ih sovjetski znanstvenici Radushkevich i Lukyanovich, koji su objavili članak u Sovjetskom časopisu za fizičku kemiju koji je pokazao šuplja grafitna ugljična vlakna promjera 50 nanometara. Početkom 1970-ih, japanski istraživači Koyama i Endo uspjeli su proizvesti VGCF ugljična vlakna promjera 1 μm i duljine veće od 1 mm. Kasnije, početkom 1980-ih, Tibbets u Sjedinjenim Državama i Benissad u Francuskoj nastavili su poboljšavati VGCF proces. U SAD-u, dublje studije o sintezi i svojstvima ovih materijala za praktična aplikacija, koje je proveo R. Terry K. Baker, a motivirani su potrebom suzbijanja rasta ugljičnih nanovlakna zbog stalnih problema uzrokovanih nakupljanjem materijala u raznim komercijalnim procesima, posebice u području prerade nafte. Prvi pokušaj komercijalizacije ugljičnih vlakana uzgojenih iz plinske faze poduzela je japanska tvrtka Nikosso 1991. godine pod zaštitnim znakom Grasker, te je iste godine Ijima objavio svoj poznati članak u kojem izvještava o otkriću ugljikovih nanocijevi.<#"justify">Primanje

Trenutno se uglavnom koriste sinteze na bazi pirolize ugljikovodika te sublimacije i desublimacije grafita.

  • metoda električnog luka,
  • grijanje zračenjem (pomoću solarnih koncentratora ili laserskog zračenja),
  • termalni laser,
  • zagrijavanje snopom elektrona ili jona,
  • sublimacija u plazmi,
  • otporno grijanje.

Mnoge od ovih opcija imaju svoje sorte. Hijerarhija nekih opcija za metodu električnog luka prikazana je na dijagramu:

Trenutno je najrasprostranjenija metoda toplinsko raspršivanje grafitnih elektroda u plazmi lučnog pražnjenja. Proces sinteze se provodi u komori ispunjenoj helijem pod tlakom od oko 500 mm Hg. Umjetnost. Tijekom izgaranja plazme dolazi do intenzivnog toplinskog isparavanja anode, dok se na krajnjoj površini katode stvara naslaga u kojoj nastaju ugljikove nanocijevi. Maksimalni broj nanocijevi nastaje kada je struja plazme minimalna, a gustoća joj je oko 100 A/cm2. U eksperimentalnim instalacijama napon između elektroda je oko 15-25 V, struja pražnjenja je nekoliko desetaka ampera, razmak između krajeva grafitnih elektroda je 1-2 mm. Tijekom sinteze na katodu se taloži oko 90% mase anode. Rezultirajuće brojne nanocijevi imaju duljinu od oko 40 μm. Rastu na katodi okomito na ravnu površinu njezina kraja i skupljaju se u cilindrične grede promjera oko 50 μm.

Snopovi nanocijevi redovito prekrivaju površinu katode, tvoreći strukturu saća. Sadržaj nanocijevi u naslaga ugljika je oko 60%. Za odvajanje komponenti, dobiveni talog se stavi u metanol i obradi ultrazvukom. Rezultat je suspenzija, koja se nakon dodavanja vode podvrgava odvajanju u centrifugi. Velike čestice prianjaju na stijenke centrifuge, dok nanocijevi ostaju plutati u suspenziji. Zatim se nanocijevi isperu u dušičnoj kiselini i osuše u plinovitoj struji kisika i vodika u omjeru 1:4 na temperaturi od 750°C. 0C 5 minuta. Kao rezultat takve obrade dobiva se lagani porozan materijal koji se sastoji od brojnih nanocijevi prosječnog promjera 20 nm i duljine 10 μm. Do sada je maksimalna postignuta duljina nanovlakna 1 cm.

Piroliza ugljikovodika

U pogledu izbora početnih reagensa i načina vođenja procesa, ova skupina ima mnogo veći broj mogućnosti od metoda sublimacije i desublimacije grafita. Pruža jasniju kontrolu nad stvaranjem CNT-a, prikladniji je za proizvodnju velikih razmjera i omogućuje proizvodnju ne samo samih ugljikovih nanomaterijala, već i određenih struktura na podlogama, makroskopskih vlakana koja se sastoje od nanocijevi, kao i kompozitnih materijala, u posebno modificirani ugljičnim CNT-ima, ugljičnim vlaknima i karbonskim papirom, keramičkim kompozitima. Koristeći nedavno razvijenu nanosfersku litografiju, bilo je moguće dobiti fotonske kristale iz CNT-a. Na taj se način mogu izolirati CNT-ovi određenog promjera i duljine.

Prednosti pirolitičke metode, osim toga, uključuju mogućnost njezine primjene za matričnu sintezu, na primjer, korištenjem poroznih aluminijskih membrana ili molekularnih sita. Uz pomoć aluminijevog oksida moguće je dobiti razgranate CNT-ove i membrane od CNT-a. Glavni nedostaci matrične metode su visoka cijena mnogih matrica, njihova mala veličina i potreba za korištenjem aktivnih reagensa i teški uvjeti za otapanje matrice.

Češće od ostalih, za sintezu CNT-a i CNF-a koriste se procesi pirolize triju ugljikovodika: metana, acetilena i benzena, kao i termička razgradnja (disproporcioniranje) CO. Metan, poput ugljičnog monoksida, nije sklon razgradnji na niskim temperaturama (nekatalitička razgradnja metana počinje na ~ 900 O C), što omogućuje sintezu SWCNT-a s relativno malom količinom nečistoća amorfnog ugljika. Ugljični monoksid se ne razgrađuje na niskim temperaturama iz drugog razloga: kinetičkog. Razlika u ponašanju različitih tvari može se vidjeti na Sl. 94.

Prednosti metana u odnosu na druge ugljikovodike i ugljični monoksid uključuju činjenicu da se njegova piroliza s stvaranjem CNT-a ili CNF-a kombinira s oslobađanjem H. 2i može se koristiti u postojećim proizvodnim pogonima. 2.

Katalizatori

Fe, Co i Ni služe kao katalizatori za stvaranje CNT-a i CNF-a; promotori, koji se unose u manjim količinama, uglavnom su Mo, W ili Cr (rjeđe - V, Mn, Pt i Pd), nosači katalizatora su nehlapljivi metalni oksidi i hidroksidi (Mg, Ca, Al, La, Si, Ti, Zr), čvrste otopine, neke soli i minerali (karbonati, spineli, perovskiti, hidrotalcit, prirodne gline, dijatomiti), molekularna sita (posebno zeoliti), silika gel, aerogel, aluminijev gel, porozni Si i amorfni C. Štoviše, V, Cr, Mo, W, Mn i, vjerojatno, neki drugi metali u uvjetima pirolize su u obliku spojeva - oksida, karbida, metalata itd.

Plemeniti metali (Pd, Ru, PdSe), legure (mischmetal, permalloy, nichrome, monel, ne hrđajući Čelik, Co-V, Fe-Cr, Fe-Sn, Fe-Ni-Cr, Fe-Ni-C, Co-Fe-Ni, tvrda legura Co-WC, itd.), CoSi 2i CoGe 2, LaNi 5, MmNi 5(Mm - mischmetal), legure Zr i drugih metala koji tvore hidrid. Naprotiv, Au i Ag inhibiraju stvaranje CNT-a.

Katalizatori se mogu nanositi na silicij obložen tankim oksidnim filmom, na germanij, neke vrste stakla i podloge od drugih materijala.

Idealnim nosačem katalizatora smatra se porozni silicij dobiven elektrokemijskim jetkanjem monokristalnog silicija u otopini određenog sastava. Porozni silicij može sadržavati mikropore (< 2 нм), мезопоры и макропоры (>100 nm). Za dobivanje katalizatora koriste se tradicionalne metode:

  • miješanje (rjeđe sinteriranje) prahova;
  • taloženje ili elektrokemijsko taloženje metala na podlogu s naknadnom transformacijom kontinuiranog tankog filma u otoke nano veličine (koristi se i sloj po sloj taloženja nekoliko metala;
  • kemijsko taloženje pare;
  • umakanje podloge u otopinu;
  • nanošenje suspenzije s česticama katalizatora na nosač;
  • nanošenje otopine na rotirajuću podlogu;
  • impregnacija inertnih prahova solima;
  • koprecipitacija oksida ili hidroksida;
  • ionska izmjena;
  • koloidne metode (sol-gel proces, metoda reverzne micele);
  • termička razgradnja soli;
  • sagorijevanje metalnih nitrata.

Uz dvije gore opisane skupine, razvijen je veliki broj drugih metoda za proizvodnju CNT-a. Mogu se klasificirati prema korištenim izvorima ugljika. Polazni spojevi su: grafit i drugi oblici čvrstog ugljika, organski spojevi, anorganski spojevi, organometalni spojevi. Grafit se može pretvoriti u CNT na nekoliko načina: intenzivnim kugličnim mljevenjem nakon čega slijedi žarenje na visokoj temperaturi; elektrolizom rastaljenih soli; cijepanje u zasebne grafenske listove i naknadno spontano uvijanje tih listova. Amorfni ugljik se može pretvoriti u CNT obradom u hidrotermalnim uvjetima. CNT-ovi su dobiveni iz čađe (čađe) visokotemperaturnom transformacijom sa ili bez katalizatora, kao i interakcijom s parom pod tlakom. Nanotubularne strukture sadržane su u proizvodima vakuumskog žarenja (1000 O C) filmovi ugljika nalik dijamantu u prisutnosti katalizatora. Konačno, katalitička visokotemperaturna transformacija fulerita C 60ili njegova obrada u hidrotermalnim uvjetima također dovodi do stvaranja CNT-a.

Ugljične nanocijevi postoje u prirodi. Skupina meksičkih istraživača pronašla ih je u uzorcima nafte pronađenim s dubine od 5,6 km (Velasco Santos, 2003.). Promjer CNT-a kretao se od nekoliko nanometara do desetaka nanometara, a duljina je dosezala 2 μm. Neki od njih bili su ispunjeni raznim nanočesticama.

Pročišćavanje ugljikovih nanocijevi

Nijedna od uobičajenih metoda za proizvodnju CNT-a ne dopušta njihovo izoliranje u čistom obliku. Fulereni, amorfni ugljik, grafitizirane čestice, čestice katalizatora mogu biti nečistoće za NT.

  1. destruktivno,
  2. neuništivo,
  3. kombinirano.

Destruktivne metode koriste kemijske reakcije, koje mogu biti oksidativne ili reduktivne, a temelje se na razlikama u reaktivnosti različitih oblika ugljika. Za oksidaciju se koriste ili otopine oksidacijskih sredstava ili plinoviti reagensi, za redukciju - vodik. Metode omogućuju izolaciju CNT-a visoke čistoće, ali su povezane s gubicima u cijevima.

Nedestruktivne metode uključuju ekstrakciju, flokulaciju i selektivno taloženje, mikrofiltraciju unakrsnog protoka, ekskluzijsku kromatografiju po veličini, elektroforezu, selektivnu interakciju s organskim polimerima. Ove metode su u pravilu neučinkovite i neučinkovite.

Svojstva ugljikovih nanocijevi

Mehanički. Nanocijevi su, kako je rečeno, izuzetno jak materijal, kako na napetost tako i na savijanje. Štoviše, pod djelovanjem mehaničkih naprezanja većih od kritičnih, nanocijevi se ne "trgnu" već preustroju. Na temelju takvog svojstva nanocijevi kao što je visoka čvrstoća, može se tvrditi da su one trenutno najbolji materijal za kabel svemirskog dizala. Kao što pokazuju rezultati eksperimenata i numerička simulacija, Youngov modul jednoslojne nanocijevi doseže vrijednosti reda veličine 1-5 TPa, što je za red veličine više od čelika. Donji grafikon prikazuje usporedbu nanocijevi s jednom stijenkom i čelika visoke čvrstoće.

1 2

Prema proračunima, kabel svemirskog dizala mora izdržati mehaničko naprezanje od 62,5 GPa

Dijagram napetosti (ovisnost mehaničkog naprezanja σ od produljenja ε)

Kako bi se pokazala značajna razlika između najtrajnijih ovaj trenutak materijala i ugljikovih nanocijevi, napravimo sljedeći misaoni eksperiment. Zamislite da će, kao što se ranije pretpostavljalo, klinasta homogena struktura, koja se sastoji od najtrajnijih materijala, poslužiti kao kabel za svemirsko dizalo, promjer kabela za GEO (geostacionarnu Zemljinu orbitu) bit će oko 2 km i suzit će se na 1 mm na površini Zemlje. U ovom slučaju, ukupna masa će biti 60 * 1010 tona. Kada bi se kao materijal koristile ugljične nanocijevi, tada bi promjer GEO kabela bio 0,26 mm i 0,15 mm na površini Zemlje, s čime je ukupna masa bila 9,2 tone. Kao što je vidljivo iz navedenih činjenica, ugljikova nanovlakna su upravo materijal koji je potreban za izradu kabela, čiji će stvarni promjer biti oko 0,75 m, kako bi izdržao i elektromagnetski sustav kojim se pomiče kabina svemirskog dizala.

Električni. Zbog male veličine ugljikovih nanocijevi, tek 1996. godine bilo je moguće izravno izmjeriti njihov električni otpor metodom s četiri kontakta.

Zlatne pruge nanesene su na poliranu površinu od silicij oksida u vakuumu. Između njih položene su nanocijevi duljine 2-3 µm. Zatim su 4 volframova vodiča debljine 80 nm primijenjena na jednu od nanocijevi odabranih za mjerenje. Svaki od volframovih vodiča imao je kontakt s jednom od zlatnih traka. Udaljenost između kontakata na nanocijevi kretala se od 0,3 do 1 μm. Rezultati izravnih mjerenja pokazali su da otpornost nanocijevi može varirati u značajnim granicama - od 5,1 * 10 -6do 0,8 Ohm / cm. Minimalni otpor je red veličine niži od otpora grafita. Većina nanocijevi ima metalnu vodljivost, dok manji dio pokazuje svojstva poluvodiča s razmakom od 0,1 do 0,3 eV.

Francuski i ruski istraživači (iz IPTM RAS, Chernogolovka) otkrili su još jedno svojstvo nanocijevi, kao što je supravodljivost. Mjerili su strujno-naponske karakteristike pojedinačne jednoslojne nanocijevi promjera ~ 1 nm, smotane u snop velikog broja jednoslojnih nanocijevi, kao i pojedinačnih višeslojnih nanocijevi. Uočena je supravodljiva struja na temperaturama blizu 4K između dva supravodljiva metalna kontakta. Značajke prijenosa naboja u nanocijevi značajno se razlikuju od onih svojstvenih konvencionalnim, trodimenzionalnim vodičima i očito se objašnjavaju jednodimenzionalnom prirodom prijenosa.

Pronađen je i de Gere sa Sveučilišta u Lausannei (Švicarska). zanimljiva nekretnina: oštra (oko dva reda veličine) promjena vodljivosti s malim, za 5-10 °, savijanjem jednoslojne nanocijevi. Ovo svojstvo može proširiti područje primjene nanocijevi. S jedne strane, nanocijev se ispostavlja kao gotov visokoosjetljivi pretvarač mehaničkih vibracija u električni signal i obrnuto (u stvari, to je telefonska cijev dugačka nekoliko mikrona i promjera oko nanometar), i, s druge strane, radi se o gotovo gotovom senzoru najmanjih deformacija. Takav senzor mogao bi se koristiti u uređajima koji prate stanje mehaničkih sklopova i dijelova o kojima ovisi sigurnost ljudi, na primjer, putnika u vlakovima i zrakoplovima, osoblja nuklearnih i termoelektrana itd.

Kapilarni. Eksperimenti su pokazali da otvorena nanocijev ima kapilarna svojstva. Da biste otvorili nanocijev, trebate ukloniti gornji dio - poklopac. Jedna od metoda uklanjanja je žarenje nanocijevi na temperaturi od 850°C 0C nekoliko sati u struji ugljičnog dioksida. Kao rezultat oksidacije, oko 10% svih nanocijevi je otvoreno. Drugi način uništavanja zatvorenih krajeva nanocijevi je izlaganje u koncentriranoj dušičnoj kiselini tijekom 4,5 sata na temperaturi od 2400 C. Kao rezultat ovog tretmana, 80% nanocijevi postaje otvoreno.

Prva istraživanja kapilarnih fenomena pokazala su da tekućina prodire u kanal nanocijevi ako njezina površinska napetost nije veća od 200 mN/m. Stoga se za uvođenje bilo koje tvari u nanocijevi koriste otapala niske površinske napetosti. Tako se, na primjer, za uvođenje nekih metala u kanal nanocijevi koristi koncentrirana dušična kiselina čija je površinska napetost niska (43 mN / m). Zatim se vrši žarenje na 4000 C tijekom 4 sata u atmosferi vodika, što dovodi do redukcije metala. Tako su dobivene nanocijevi koje sadrže nikal, kobalt i željezo.

Uz metale, ugljikove nanocijevi mogu biti ispunjene plinovitim tvarima, na primjer, molekularnim vodikom. Ova sposobnost je od praktične važnosti, jer otvara mogućnost sigurnog skladištenja vodika, koji se može koristiti kao ekološki prihvatljivo gorivo u motorima s unutarnjim izgaranjem. Znanstvenici su također uspjeli smjestiti unutar nanocijevi cijeli lanac fulerena s atomima gadolinija koji su već ugrađeni u njih. (vidi sliku 5).

Riža. 5. Unutar C60 unutar nanocijevi s jednom stijenkom

Kapilarni efekti i punjenje nanocijevi

nanocijev ugljična piroliza električni luk

Kapilarni fenomeni u ugljikovim nanocijevima prvi put su eksperimentalno ostvareni u radu u kojem je uočen učinak kapilarnog uvlačenja rastaljenog olova u nanocijevi. U ovom eksperimentu zapaljen je električni luk namijenjen sintezi nanocijevi između elektroda promjera 0,8 i duljine 15 cm pri naponu od 30 V i struji od 180-200 A. Sloj materijala 3-4 cm visoka nastala na površini katode kao rezultat toplinskog razaranja površine anode uklonjena je iz komore i držana 5 h na T = 850 °C u struji ugljičnog dioksida. Ova operacija, uslijed koje je uzorak izgubio oko 10% svoje mase, olakšala je pročišćavanje uzorka od čestica amorfnog grafita i otkrivanje nanocijevi u sedimentu. Središnji dio sedimenta koji sadrži nanocijevi stavljen je u etanol i sonikiran. Oksidacijski produkt dispergiran u kloroformu nanese se na ugljičnu traku s rupama za promatranje elektronskim mikroskopom. Promatranja su pokazala da neobrađene cijevi imaju bešavnu strukturu, pravilno oblikovane glave i promjer od 0,8 do 10 nm. Kao rezultat oksidacije, otkriveno je da oko 10% nanocijevi ima oštećene kapice, a neki od slojeva pri vrhu su skinuti. Uzorak namijenjen promatranju, koji je sadržavao nanocijevi, ispunjen je u vakuumu kapljicama rastaljenog olova koje su dobivene zračenjem metalne površine snopom elektrona. U ovom slučaju, na vanjskoj površini nanocijevi uočene su kapljice olova veličine od 1 do 15 nm. Nanocijevi su žarene na zraku pri T = 400 °C (iznad točke taljenja olova) tijekom 30 min. Kao što pokazuju rezultati promatranja elektronskim mikroskopom, pokazalo se da je dio nanocijevi nakon žarenja ispunjen čvrstim materijalom. Sličan učinak punjenja nanocijevi uočen je i pri zračenju glava cijevi otvorenih kao rezultat žarenja snopom elektrona velike snage. Uz dovoljno jako zračenje, materijal blizu otvorenog kraja cijevi se topi i prodire unutra. Prisutnost olova unutar cijevi utvrđena je difrakcijom X zraka i elektronskom spektroskopijom. Najtanja olovna žica imala je promjer od 1,5 nm. Prema rezultatima promatranja, broj ispunjenih nanocijevi nije prelazio 1%.

Ugljične nanocijevi sutra su inovativnih tehnologija. Proizvodnja i primjena nanotubulena poboljšat će kvalitetu robe i proizvoda, značajno smanjiti njihovu težinu i povećati njihovu čvrstoću, te im dati nove karakteristike.

Ugljične nanocijevi ili cjevasta nanostruktura (nanotubulen) su šuplje cilindrične strukture s jednom ili više stijenki koje su umjetno stvorene u laboratorijskim uvjetima, dobivene od atoma ugljika i koje posjeduju iznimna mehanička, elektrofizička i fizička svojstva.

Ugljične nanocijevi izrađene su od atoma ugljika i oblikovane su poput cijevi ili cilindara. Oni su vrlo mali (na nanoskali), u promjeru od jednog do nekoliko desetaka nanometara i dugi do nekoliko centimetara. Ugljične nanocijevi se sastoje od grafita, ali imaju druge karakteristike koje nisu svojstvene grafitu. Oni ne postoje u prirodi. Njihovo podrijetlo je umjetno. Tijelo nanocijevi je sintetičko, stvoreno od strane ljudi neovisno od početka do kraja.

Ako pogledate nanocijev uvećanu milijun puta, možete vidjeti izduženi cilindar koji se sastoji od jednakostraničnih šesterokuta s atomima ugljika na njihovim vrhovima. Ovo je grafitna ravnina smotana u cijev. Kiralnost nanocijevi određuje njezine fizičke karakteristike i svojstva.

Uvećana milijun puta, nanocijev je izduženi cilindar sastavljen od jednakostraničnih šesterokuta s atomima ugljika na njihovim vrhovima. Ovo je grafitna ravnina smotana u cijev.

Kiralnost je svojstvo molekule da se ne kombinira u prostoru sa svojom zrcalno slikom.

Da budemo jasnije rečeno, kiralnost je kada ravnomjerno presavijete, na primjer, list papira. Ako je ukoso, onda je ovo ahralnost. Nanotubuleni mogu imati jednoslojne ili višeslojne strukture. Višeslojna struktura nije ništa više od nekoliko jednoslojnih nanocijevi, "odjevenih" jednu po jednu.

Povijest otkrića

Točan datum otkrića nanocijevi i njihov otkrivač nisu poznati. Ova tema je hrana za kontroverze i razmišljanja, budući da postoje mnogi paralelni opisi ovih struktura od strane znanstvenika iz različite zemlje... Glavna poteškoća u identifikaciji otkrivača leži u činjenici da nanocijevi i nanovlakna, koji su pali u vidno polje znanstvenika, dugo vremena nisu privlačili njihovu blisku pozornost i nisu bili temeljito istraženi. Postojeći znanstveni rad dokazati da je mogućnost stvaranja nanocijevi i vlakana od materijala koji sadrže ugljik teoretski dopuštena u drugoj polovici prošlog stoljeća.

Glavni razlog zašto se ozbiljna istraživanja mikronskih spojeva ugljika već duže vrijeme ne provode je taj što u to vrijeme znanstvenici nisu imali dovoljno snažnu znanstvenu bazu za istraživanje, naime, nije postojala oprema koja bi mogla povećati predmet proučavanja na potrebnog opsega i sjaja kroz njihovu strukturu....

Ako posložimo događaje u proučavanju nanougljičnih spojeva kronološkim redoslijedom, tada prvi dokazi padaju na 1952., kada su sovjetski znanstvenici Raduškevič i Lukjanovič skrenuli pozornost na nanovlaknu strukturu koja nastaje tijekom termičke razgradnje ugljičnog monoksida (ruski naziv je oksid) . Struktura promatrana elektronskom mikroskopskom opremom imala je vlakna promjera oko 100 nm. Nažalost, stvari nisu išle dalje od popravljanja neobične nanostrukture, a daljnja istraživanja nisu uslijedila.

Nakon 25 godina zanemarivanja, od 1974. godine, u novine počinju dolaziti informacije o postojanju mikronskih cjevastih struktura od ugljika. Dakle, skupina japanskih znanstvenika (T. Koyama, M. Endo, A. Oberlin) tijekom istraživanja 1974.-1975. široj javnosti predstavljeni su rezultati brojnih njihovih studija u kojima su opisane tanke cijevi promjera manjeg od 100 Å koje su dobivene iz para tijekom kondenzacije. Također, formiranje šupljih struktura s opisom strukture i mehanizma nastanka dobivenog u proučavanju svojstava ugljika opisali su sovjetski znanstvenici s Instituta za katalizu Sibirskog ogranka Akademije znanosti SSSR-a 1977. godine.

Å (Agström) je mjerna jedinica za udaljenosti jednake 10−10 m. U SI sustavu jedinica bliska po veličini angstromu je nanometar (1 nm = 10 Å).

Fulereni su šuplje, sferične molekule u obliku lopte ili ragbi lopte.


Fulereni su četvrta, dosad nepoznata, modifikacija ugljika koju je otkrio engleski kemičar i astrofizičar Harold Kroto

I tek nakon što je u svojim znanstvenim istraživanjima upotrijebio najnoviju opremu, koja omogućuje detaljno ispitivanje i prijenos strukture ugljika nanocijevi, japanski znanstvenik Sumio Iijima je 1991. proveo prva ozbiljna istraživanja, kao rezultat kojih je bilo moguće eksperimentalno dobiti ugljikove nanocijevi i detaljno ih proučiti...

U svom istraživanju, profesor Ijima, kako bi dobio prototip, djelovao je na atomizirani grafit električnim lučnim pražnjenjem. Prototip je pažljivo izmjeren. Njegove dimenzije pokazale su da promjer niti (okvir) ne prelazi nekoliko nanometara, s duljinom od jednog do nekoliko mikrona. Proučavajući strukturu ugljikove nanocijevi, znanstvenici su otkrili da predmet koji se proučava može imati od jednog do nekoliko slojeva koji se sastoje od grafitne šesterokutne mreže na temelju šesterokuta. U ovom slučaju, krajevi nanocijevi strukturno podsjećaju na polovicu molekule fulerena prerezanu na dva dijela.

U vrijeme gore navedenih studija već su postojali radovi tako poznatih znanstvenika u svom području kao što su Jones, L.A. Chernozatonsky, M.Yu. Kornilov, predviđajući mogućnost nastanka danog alotropnog oblika ugljika, opisujući njegovu strukturu, fizikalna, kemijska i druga svojstva.


Višeslojna struktura nanocijevi nije ništa više od nekoliko jednoslojnih nanotubulena, "odjenutih" jedan po jedan prema principu ruske lutke za gniježđenje.

Elektrofizička svojstva

Elektrofizička svojstva ugljikovih nanocijevi su u fazi najintenzivnijeg proučavanja znanstvenih zajednica diljem svijeta. Projektiranjem nanocijevi u određenim geometrijskim odnosima moguće im je dati vodljiva ili poluvodička svojstva. Na primjer, dijamant i grafit su ugljik, ali zbog razlike u molekularnoj strukturi imaju različita, au nekim slučajevima i suprotna svojstva. Takve se nanocijevi nazivaju metalne ili poluvodičke.

Nanocijevi koje provode električnu struju čak i pri temperaturama apsolutne nule su metalne. Nulta vodljivost električne struje na apsolutnoj nuli, koja raste s porastom temperature, ukazuje na znak poluvodičke nanostrukture.

Glavna klasifikacija je raspoređena prema načinu valjanja grafitne ravnine. Metoda valjanja označena je s dva broja: "m" i "n", koji određuju smjer valjanja duž vektora grafitne rešetke. Svojstva nanocijevi ovise o geometriji kotrljanja grafitne ravnine, na primjer, kut uvijanja izravno utječe na njihova elektrofizička svojstva.

Ovisno o parametrima (n, m), nanocijevi su: ravne (ahiralne), nazubljene („fotelja“), cik-cak i spiralne (hiralne). Za proračun i planiranje električne vodljivosti koristi se formula omjera parametara: (n-m) / 3.

Cjelobrojni broj dobiven u izračunu označava vodljivost nanocijevi metalnog tipa, a razlomak - poluvodičke. Na primjer, sve cijevi za fotelje su metalne. Ugljične nanocijevi metalnog tipa provode električnu struju na apsolutnoj nuli. Nanotubuleni tipa poluvodiča imaju nultu vodljivost na apsolutnoj nuli, koja raste s povećanjem temperature.

Nanocijevi s metalnim tipom vodljivosti mogu otprilike prenositi milijardu ampera po kvadratnom centimetru. Bakar, kao jedan od najboljih metalnih vodiča, inferioran je u odnosu na nanocijevi u ovim pokazateljima više od tisuću puta. Kada se prekorači granica vodljivosti, dolazi do zagrijavanja, što je popraćeno taljenjem materijala i uništavanjem molekularne rešetke. To se ne događa s nanotubulenima pod jednakim uvjetima. To je zbog njihove vrlo visoke toplinske vodljivosti, koja je dvostruko veća od dijamanta.

Što se tiče čvrstoće, nanotubulen također ostavlja druge materijale daleko iza sebe. On je 5-10 puta jači od najjačih čeličnih legura (1,28-1,8 TPa modulo Young) i ima elastičnost 100 tisuća puta veću od gume. Ako usporedimo pokazatelje vlačne čvrstoće, onda oni premašuju slične karakteristike čvrstoće visokokvalitetnog čelika za 20-22 puta!

Kako doći do UN-a

Nanocijevi se proizvode visokotemperaturnim i niskotemperaturnim metodama.

Visokotemperaturne metode uključuju lasersku ablaciju, solarnu tehnologiju ili elektrolučno pražnjenje. Proces niske temperature uključuje kemijsko taloženje pare korištenjem katalitičke razgradnje ugljikovodika, katalitički rast u plinskoj fazi iz ugljičnog monoksida, proizvodnju elektrolizom, polimernu toplinsku obradu, lokalnu niskotemperaturnu pirolizu ili lokalnu katalizu. Sve metode su teško razumljive, visokotehnološke i vrlo skupe. Proizvodnju nanocijevi može priuštiti samo veliko poduzeće s moćnom znanstvenom bazom.

Pojednostavljeno, postupak proizvodnje nanocijevi od ugljika metodom luka je sljedeći:

Plazma u plinovitom stanju ubrizgava se u reaktor zagrijan na određenu temperaturu sa zatvorenom petljom kroz injekcijski aparat. U reaktoru, u gornjem i donjem dijelu, ugrađene su magnetske zavojnice od kojih je jedna anoda, a druga katoda. Na magnetske zavojnice se dovodi konstantna električna struja. Na plazmu u reaktoru djeluje električni luk, koji se rotira magnetskim poljem. Pod djelovanjem visokotemperaturnog elektroplazma luka s površine anode, koja se sastoji od materijala koji sadrži ugljik (grafita), ugljik isparava ili "iscuri" i kondenzira se na katodi u obliku ugljikovih nanocijevi sadržanih u sediment. Da bi se atomi ugljika kondenzirali na katodi, temperatura u reaktoru se snižava. Čak i kratak opis ove tehnologije omogućuje procjenu složenosti i cijene dobivanja nanotubulena. Proći će dosta vremena prije nego što proces proizvodnje i primjene postane dostupan većini poduzeća.

Fotogalerija: Shema i oprema za dobivanje nanocijevi iz ugljika

Instalacija za sintezu jednostjenih ugljikovih nanocijevi metodom električnog luka Znanstvena instalacija male snage za dobivanje cjevaste nanostrukture
Niskotemperaturni način dobivanja

Instalacija za proizvodnju dugih ugljikovih nanocijevi

Jesu li otrovne?

Definitivno da.

U nastajanju laboratorijsko istraživanje znanstvenici su došli do zaključka da ugljikove nanocijevi negativno utječu na žive organizme. To pak potvrđuje toksičnost nanocijevi, a sve manje znanstvenika mora sumnjati u ovo važno pitanje.

Istraživanja su pokazala da izravna interakcija ugljikovih nanocijevi sa živim stanicama dovodi do njihove smrti. Osobito nanocijevi s jednom stijenkom imaju snažno antimikrobno djelovanje. Znanstvenici su počeli provoditi eksperimente na raširenoj kulturi kraljevstva bakterija (Escherichia coli) E-Coli. U procesu istraživanja korištene su jednoslojne nanocijevi promjera od 0,75 do 1,2 nanometra. Kako su eksperimenti pokazali, uslijed utjecaja ugljikovih nanocijevi na živu stanicu dolazi do mehaničkog oštećenja staničnih stijenki (membrana).

Nanocijevi proizvedene drugim metodama sadrže veliku količinu metala i drugih toksičnih nečistoća. Mnogi znanstvenici pretpostavljaju da sama toksičnost ugljikovih nanocijevi ne ovisi o njihovoj morfologiji, već je izravno povezana s nečistoćama koje se nalaze u njima (nanocijevi). Međutim, rad koji su proveli znanstvenici s Yalea u području istraživanja nanocijevi pokazao je pogrešno shvaćanje mnogih zajednica. Tako su bakterije Escherichia coli (E-Coli) u procesu istraživanja tretirane ugljikovim nanocjevčicama s jednom stijenkom tijekom jednog sata. Kao rezultat toga, većina E-Colija je umrla. Podaci istraživanja u području nanomaterijala potvrdili su njihovu toksičnost i negativne učinke na žive organizme.

Znanstvenici su došli do zaključka da su nanocijevi s jednom stijenkom najopasnije, to je zbog proporcionalnog omjera duljine ugljikove nanocijevi i njenog promjera.

Razne studije u vezi s učinkom ugljičnih nanocijevi na ljudsko tijelo dovele su znanstvenike do zaključka da je učinak identičan, kao i u slučaju unošenja azbestnih vlakana u tijelo. Stupanj negativnog utjecaja azbestnih vlakana izravno ovisi o njihovoj veličini: što je manji, to je negativni utjecaj jači. A u slučaju ugljikovih nanocijevi, nema sumnje u njihov negativan učinak na tijelo. Ulazeći u tijelo zajedno sa zrakom, nanocijev se taloži u prsima kroz pleuru, uzrokujući tako ozbiljne komplikacije, posebice kancerogene tumore. Ako se do prodiranja nanotubulena u tijelo događa putem hrane, tada se talože na stijenkama želuca i crijeva, uzrokujući razne bolesti i komplikacije.

Trenutno znanstvenici provode istraživanje o biološkoj kompatibilnosti nanomaterijala i traženju novih tehnologija za sigurnu proizvodnju ugljikovih nanocijevi.

Perspektive

Ugljične nanocijevi imaju širok raspon primjena. To je zbog činjenice da imaju molekularnu strukturu u obliku okvira, što im omogućuje da imaju svojstva koja se razlikuju od dijamanta ili grafita. Zbog svojih karakterističnih značajki (čvrstoća, vodljivost, savijanje) ugljične nanocijevi se češće koriste u usporedbi s drugim materijalima.

Ovaj izum ugljika koristi se u elektronici, optici, strojarstvu itd. Ugljične nanocijevi se koriste kao aditivi raznim polimerima i kompozitima za povećanje čvrstoće molekularnih spojeva. Uostalom, svi znaju da molekularna rešetka ugljikovih spojeva ima nevjerojatnu snagu, posebno u svom čistom obliku.

Ugljične nanocijevi se također koriste u proizvodnji kondenzatora i raznih vrsta senzora, anoda, koje su neophodne za proizvodnju baterija, kao apsorber elektromagnetskih valova. Ovaj ugljični spoj naširoko se koristi u proizvodnji telekomunikacijskih mreža i zaslona s tekućim kristalima. Također, nanocijevi se koriste kao katalitički pojačivač u proizvodnji rasvjetnih uređaja.

Komercijalna primjena

Tržište Primjena Svojstva sastava na bazi ugljičnih nanocijevi
AutomobiliDijelovi sustava goriva i vodovi za gorivo (priključci, dijelovi pumpe, O-prstenovi, cijevi), vanjski dijelovi tijela za električno farbanje (odbojnici, kućišta retrovizora, čepovi rezervoara za gorivo)Poboljšana ravnoteža svojstava u odnosu na čađu, mogućnost recikliranja velikih dijelova, otpornost na deformacije
ElektronikaTehnološki alati i oprema, kasete za poluvodičke pločice, transportne trake, spojni blokovi, oprema za čiste prostorijePoboljšana čistoća mješavine u usporedbi s ugljičnim vlaknima, kontrola površinskog otpora, obradivost za lijevanje tankih dijelova, otpornost na deformacije, ravnoteža svojstava, alternativne mogućnosti plastičnih mješavina u usporedbi s ugljičnim vlaknima

Ugljične nanocijevi nisu ograničene na specifičan okvir za upotrebu u razne industrije industrija. Materijal je izumljen relativno nedavno i stoga se danas široko koristi u znanstvenom razvoju i istraživanju u mnogim zemljama svijeta. To je potrebno za detaljnije proučavanje svojstava i karakteristika ugljikovih nanocijevi, kao i za uspostavu masovne proizvodnje materijala, budući da trenutno zauzima prilično slabu poziciju na tržištu.


Ugljične nanocijevi se koriste za hlađenje mikroprocesora

Zbog svojih dobrih vodljivih svojstava, upotreba ugljikovih nanocijevi u strojarstvu zauzima širok raspon. Ovaj materijal se koristi kao uređaj za rashladne jedinice velikih dimenzija. To je prvenstveno zbog činjenice da ugljikove nanocijevi imaju visoku specifičnu toplinsku vodljivost.

Upotreba nanocijevi u razvoju računalne tehnologije igra važnu ulogu u elektroničkoj industriji. Zahvaljujući korištenju ovog materijala, uspostavljena je proizvodnja za izradu prilično ravnih zaslona. To pridonosi oslobađanju računalne opreme kompaktnih dimenzija, ali se u isto vrijeme tehničke karakteristike elektroničkih računala ne gube, već se čak povećavaju. Korištenje ugljičnih nanocijevi u razvoju računalnih tehnologija i elektroničke industrije omogućit će proizvodnju opreme koja će biti višestruko superiorna u pogledu Tehničke specifikacije trenutni analozi. Na temelju tih studija već se stvaraju visokonaponski kineskopi.


Prvi procesor ugljikovih nanocijevi

Problemi s korištenjem

Jedan od problema korištenja nanocijevi je negativan učinak na žive organizme, što dovodi u sumnju korištenje ovog materijala u medicini. Neki stručnjaci nagađaju da se u procesu masovne proizvodnje ugljikovih nanocijevi mogu pojaviti neopisivi rizici. Odnosno, kao rezultat širenja područja primjene nanocijevi, pojavit će se potreba za njihovom proizvodnjom u velikim razmjerima i, sukladno tome, doći će do prijetnje okolišu.

Znanstvenici predlažu da se traže načini za rješavanje ovog problema u primjeni ekološki prihvatljivijih metoda i metoda za proizvodnju ugljikovih nanocijevi. Također je predloženo da proizvođači ovog materijala ozbiljno pristupe pitanju "čišćenja" posljedica CVD procesne tehnologije, što zauzvrat može utjecati na povećanje cijene proizvedenih proizvoda.

Fotografija negativnog utjecaja nanocijevi na stanice a) stanice E. coli prije udara nanocijevi; b) stanice nakon izlaganja nanocijevi

U suvremenom svijetu ugljikove nanocijevi daju značajan doprinos razvoju inovativnih tehnologija. Stručnjaci predviđaju povećanje proizvodnje nanocijevi u narednim godinama i smanjenje cijena ovih proizvoda. To će pak proširiti opseg primjene nanocijevi i povećati potražnju potrošača na tržištu.


Nositelji patenta RU 2430879:

Izum se odnosi na nanotehnologiju i može se koristiti kao sastavni dio kompozitnih materijala. Višeslojne ugljikove nanocijevi proizvode se pirolizom ugljikovodika korištenjem katalizatora koji sadrže aktivni sastojci Fe, Co, Ni, Mo, Mn i njihove kombinacije, kao i Al 2 O 3, MgO, CaCO 3 kao nosači. Rezultirajuće nanocijevi se pročišćavaju kuhanjem u otopini klorovodične kiseline nakon čega se ispere vodom. Nakon kiselog tretmana, zagrijavanje se provodi u struji argona visoke čistoće u peći s temperaturnim gradijentom. U radnom području peći temperatura je 2200-2800 ° C. Na rubovima peći temperatura je 900-1000 ° C. Izum omogućuje dobivanje višeslojnih nanocijevi sa sadržajem metalnih nečistoća manjim od 1 ppm. 3 C.p. f-kristali, 9 sl., 3 tbl.

Izum se odnosi na područje dobivanja višeslojnih ugljikovih nanocijevi visoke čistoće (MCNT) s udjelom metalnih nečistoća manjim od 1 ppm, koje se mogu koristiti kao komponente kompozitnih materijala za različite namjene.

Za masovnu proizvodnju MCNT-a koriste se metode na temelju pirolize ugljikovodika ili ugljikovog monoksida u prisutnosti metalnih katalizatora na bazi metala željezne podskupine [TW Ebbesen // Carbon nanotubes: Preparation and properties, CRC Press, 1997, str. .139-161; V. Shanov, Yeo-Heung Yun, MJ Schuiz // Sinteza i karakterizacija materijala ugljikovih nanocijevi (pregled) // Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 2006, br. 4, v. 41, str.377-390 ; J.W.Seo; A. Magrez; M. Milas; K. Lee, V Lukovac, L. Forro // Katalitički uzgojene ugljikove nanocijevi: od sinteze do toksičnosti // Journal of Physics D (Applied Physics), 2007, v. 40, br. 6]. Zbog toga MWCNT dobiveni uz njihovu pomoć sadrže metalne nečistoće korištenih katalizatora. Istodobno, za brojne primjene, na primjer, za stvaranje elektrokemijskih uređaja i dobivanje kompozitnih materijala za različite namjene, potrebne su MWCNT visoke čistoće koje ne sadrže metalne nečistoće. MWCNT visoke čistoće prvenstveno su potrebni za dobivanje kompozitnih materijala koji se podvrgavaju visokoj temperaturi. To je zbog činjenice da anorganske inkluzije mogu biti katalizatori lokalne grafitizacije i kao rezultat toga inicirati stvaranje novih defekata u strukturi ugljika [AS Fialkov // Ugljik, međuslojni spojevi i kompoziti na temelju njega, Aspect Press, Moskva , 1997, str.588 -602]. Mehanizam katalitičkog djelovanja metalnih čestica temelji se na interakciji atoma metala s ugljikovom matricom uz nastajanje čestica metal-ugljik s naknadnim oslobađanjem novih formacija sličnih grafitu koje mogu uništiti strukturu kompozita. Stoga čak i male primjese metala mogu dovesti do narušavanja homogenosti i morfologije kompozitnog materijala.

Najčešće metode za uklanjanje nečistoća iz katalitičkih ugljikovih nanocijevi temelje se na njihovoj obradi mješavinom kiselina različitih koncentracija tijekom zagrijavanja, kao i u kombinaciji s izlaganjem mikrovalnom zračenju. Međutim, glavni nedostatak ovih metoda je uništavanje stijenki ugljikovih nanocijevi uslijed izlaganja jakim kiselinama, kao i pojava velikog broja neželjenih funkcionalnih skupina koje sadrže kisik na njihovoj površini, što otežava odabir uvjeta za liječenje kiselinom. U ovom slučaju, čistoća dobivenih MWCNT-a iznosi 96-98 tež%, budući da su metalne čestice katalizatora kapsulirane u unutarnjoj šupljini ugljikove nanocijevi i nedostupne su reagensima.

Povećanje čistoće MCNT-a može se postići zagrijavanjem na temperaturama iznad 1500 °C uz održavanje strukture i morfologije ugljikovih nanocijevi. Ove metode omogućuju ne samo pročišćavanje MWCNT-a od metalnih nečistoća, već doprinose uređenju strukture ugljikovih nanocijevi zbog žarenja malih defekata, povećanja Youngovog modula, smanjenja udaljenosti između slojeva grafita i također uklanjanje površinskog kisika, što dodatno osigurava ujednačeniju disperziju ugljikovih nanocijevi u polimernoj matrici neophodnu za postizanje bolje kvalitete kompozitnih materijala... Kalcinacija na temperaturi od oko 3000°C dovodi do stvaranja dodatnih defekata u strukturi ugljikovih nanocijevi i razvoja već postojećih defekata. Treba napomenuti da čistoća ugljikovih nanocijevi dobivenih opisanim metodama nije veća od 99,9%.

Izum rješava problem razvoja metode za pročišćavanje višeslojnih ugljikovih nanocijevi dobivenih katalitičkom pirolizom ugljikovodika, uz gotovo potpuno uklanjanje nečistoća katalizatora (do 1 ppm), kao i nečistoća drugih spojeva koje se mogu pojaviti tijekom kiselog tretmana MCNT-a. , uz zadržavanje morfologije ugljikovih nanocijevi.

Problem se rješava metodom pročišćavanja višeslojnih ugljikovih nanocijevi dobivenih pirolizom ugljikovodika korištenjem katalizatora koji kao aktivne komponente sadrže Fe, Co, Ni, Mo, Mn i njihove kombinacije, kao i Al 2 O 3, MgO, CaCO 3 kao nosača, koje se provodi kuhanjem u otopini klorovodične kiseline uz daljnje pranje vodom, nakon obrade kiselinom, zagrijavanje se provodi u struji argona visoke čistoće u peći s temperaturnim gradijentom, u radnom području temperatura je 2200-2800 ° C, na rubovima peći temperatura je 900-1000 ° C, zbog čega se dobivaju višeslojne nanocijevi s udjelom metalnih nečistoća manjim od 1 ppm.

Zagrijavanje se provodi u ampulama od grafita visoke čistoće.

Vrijeme zagrijavanja u mlazu argona je, na primjer, 15-60 minuta.

Upotrijebljen je argon čistoće od 99,999%.

Značajna razlika metode je korištenje peći s temperaturnim gradijentom za čišćenje MCNT-a, gdje metalne nečistoće isparavaju u vrućoj zoni, a metalne čestice kondenziraju se u obliku malih kuglica u hladnoj zoni. Za prijenos metalnih para koristi se protok argona visoke čistoće (čistoće od 99,999%) s protokom plina od oko 20 l / h. Peć je opremljena posebnim brtvama za sprječavanje izlaganja atmosferskim plinovima.

Preliminarna desorpcija kisika vode i zraka s površine MWCNT-a i grafitne ampule, u kojoj se uzorak stavlja u grafitnu peć, kao i njihovo pročišćavanje argonom visoke čistoće, omogućuju izbjegavanje učinka reakcija transporta plina koji uključuje plinove koji sadrže vodik i kisik na MWCNT-ima koji se pročišćavaju, što dovodi do preraspodjele ugljika između njegovih visoko dispergiranih oblika i dobro kristaliziranih oblika sličnih grafitu s niskom površinskom energijom (VLKuznetsov, Yu.V. Butenko, VIZaikovskii i ALChuvilin // Procesi preraspodjele ugljika u nanougljicima // Carbon 42 (2004) str. 1057-1061; AS Fialkov // Procesi i uređaji za proizvodnju ugljično-grafitnih praškastih materijala, Aspect Press, Moskva, 2008., str. 510-514).

Katalitičke ugljikove višeslojne nanocijevi dobivaju se pirolizom ugljikovodika korištenjem katalizatora koji sadrže Fe, Co, Ni, Mo i njihove kombinacije kao aktivne komponente, kao i Al 2 O 3, MgO, CaCO 3 kao nosače (T. W. Ebbesen // Ugljične nanocijevi: Priprema i svojstva, CRC Press, 1997., str. 139-161; V. Shanov, Yeo-Heung Yun, MJSchuiz // Sinteza i karakterizacija materijala ugljikovih nanocijevi (pregled) // Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 2006, br. 4, v.41, str.377-390; JWSeo; A. Magrez; M. Milas; K. Lee, V Lukovac, L. Forro // Katalitički uzgojene ugljične nanocijevi: od sinteze do toksičnosti // Journal of Physics D (Primijenjena fizika), 2007, v. 40, br. 6).

U predloženoj metodi, kako bi se pokazala mogućnost uklanjanja nečistoća najtipičnijih metala, pročišćavanje se provodi za dvije vrste MWCNT-a sintetiziranih na Fe-Co / Al 2 O 3 i Fe-Co / CaCO 3 katalizatorima koji sadrže Fe i Co u u omjeru 2:1. Jedna od najvažnijih značajki upotrebe ovih katalizatora je odsutnost drugih ugljikovih faza u sintetiziranim uzorcima, osim MWCNT-a. U prisutnosti Fe-Co / Al 2 O 3 katalizatora dobivaju se MCNT prosječnog vanjskog promjera 7-10 nm, a u prisutnosti Fe-Co / CaCO 3 katalizatora MCNT s velikim prosječnim vanjskim promjerom. dobiveno - 22-25 nm.

Dobiveni uzorci se ispituju transmisijskom elektronskom mikroskopijom, rendgenskom spektralnom fluorescencijom na ARL-Advant "x analizatoru s Rh anodom rendgenske cijevi (točnost mjerenja ± 10%), a specifična površina uzoraka mjeri se BET metoda.

Prema TEM podacima, početni uzorci se sastoje od visoko defektnih MWCNT (sl. 1, 6). Ulomci cijevi u području zavoja imaju glatke, zaobljene konture; na površini cjevčica uočava se veliki broj formacija sličnih fulerenu. Grafenske slojeve nanocijevi karakterizira prisutnost velikog broja defekata (prelomi, spojevi nalik Y, itd.). U nekim dijelovima cijevi postoji razlika u broju slojeva na različitim stranama MWCNT-a. Potonje ukazuje na prisutnost otvorenih proširenih slojeva grafena, uglavnom lokaliziranih unutar cijevi. Elektronsko mikroskopske slike zagrijanih MWCNT-a u struji argona visoke čistoće na temperaturama od 2200 °C - slika 2, 7; 2600 ° C - sl. 3, 8; 2800 °C - slike 4, 5, 9. U uzorcima nakon kalcinacije uočeni su glatkiji MWCNT s manjim brojem unutarnjih i blizu površinskih defekata. Cijevi se sastoje od pravocrtnih fragmenata reda veličine stotina nanometara s izraženim pregibima. S povećanjem temperature kalcinacije povećavaju se dimenzije ravnih dijelova. Broj slojeva grafena u stijenkama cijevi s različitih strana postaje isti, što strukturu MWCNT čini uređenijom. Unutarnja površina cijevi također prolazi kroz značajne promjene - uklanjaju se metalne čestice, unutarnje pregrade postaju uređenije. Štoviše, krajevi cijevi su zatvoreni - zatvoreni su slojevi grafena koji tvore cijevi.

Kalciniranje uzoraka na 2800 °C dovodi do stvaranja male količine uvećanih cilindričnih ugljikovih formacija koje se sastoje od slojeva grafena ugniježđenih jedan u drugi, što može biti povezano s prijenosom ugljika na kratke udaljenosti zbog povećanja tlaka pare grafita. .

Studije uzoraka početnih i zagrijanih MWCNT-a metodom rendgenske spektralne fluorescencije pokazale su da nakon zagrijavanja uzoraka višeslojnih ugljikovih nanocijevi na temperaturama u rasponu od 2200-2800°C, količina nečistoća opada, što je također potvrđeno. metodom transmisijske elektronske mikroskopije. Zagrijavanje MWCNT uzoraka na 2800 °C osigurava gotovo potpuno uklanjanje nečistoća iz uzoraka. Time se uklanjaju ne samo nečistoće metala katalizatora, već i nečistoće drugih elemenata koji ulaze u MWCNT u fazama kiselinske obrade i pranja. U početnim uzorcima omjer željeza i kobalta je približno jednak 2:1, što odgovara početnom sastavu katalizatora. Sadržaj aluminija u originalnim cijevima dobivenim na uzorcima katalizatora Fe-Co / Al 2 O 3 je nizak, što je povezano s njegovim uklanjanjem tijekom obrade nanocijevi kiselinom kada se katalizator ispere. Rezultati proučavanja sadržaja nečistoća metodom rendgenske spektralne fluorescencije prikazani su u tablicama 1. i 2.

Mjerenje specifične površine BET metodom pokazalo je da se s porastom temperature specifična površina uzoraka MWCNT neznatno mijenja, uz zadržavanje strukture i morfologije ugljikovih nanocijevi. Prema TEM podacima, smanjenje specifične površine može biti povezano i sa zatvaranjem krajeva MCNT-a i smanjenjem broja površinskih defekata. S povećanjem temperature moguć je neznatan udio uvećanih cilindričnih formacija s povećanim brojem slojeva i omjerom duljine i širine približno jednakim 2-3, što također doprinosi smanjenju specifične površine. Rezultati proučavanja specifične površine prikazani su u tablici 3.

Bit izuma ilustriraju sljedeći primjeri, tablice (tablice 1-3) i ilustracije (slike 1-9).

Izvagani dio MWCNT-a (10 g), dobiven pirolizom etilena u prisutnosti Fe-Co / Al 2 O 3 katalizatora u protočnom kvarcnom reaktoru na temperaturi od 650-750 °C, stavlja se u grafitna ampula visine 200 mm i vanjskog promjera 45 mm zatvorena poklopcem (promjera 10 mm) s rupom (promjera 1-2 mm). Grafitna ampula se stavlja u kvarcnu ampulu i zrak se ispumpava vakuumskom pumpom do tlaka od najmanje 10 -3 Torr, nakon čega slijedi pročišćavanje argonom visoke čistoće (99,999% čistoće), prvo na sobnoj temperaturi, a zatim na temperatura od 200-230 ° C za uklanjanje površinskih skupina koje sadrže kisik i tragova vode. Uzorak se zagrijava na temperaturi od 2200°C 1 sat u struji argona visoke čistoće (~ 20 l/h) u peći s temperaturnim gradijentom, gdje temperatura u radnoj zoni ostaje na 2200°C, a na rubovima peći temperatura je 900-1000 ° SO. Atomi metala koji isparavaju iz MWCNT-a tijekom zagrijavanja uklanjaju se iz vrućeg dijela peći u hladni dio strujom argona, gdje se metal taloži u obliku malih kuglica.

Nakon kalcinacije, dobiveni materijal se ispituje transmisijskom elektronskom mikroskopijom i rendgenskom spektralnom fluorescencijom. Slika 1 prikazuje elektronske mikroskopske slike originalnih MWCNT-a, slika 2 - zagrijane na 2200 °C MWCNT-a. BET metoda se koristi za određivanje specifične površine uzoraka MWCNT prije i nakon kalcinacije. Dobiveni podaci ukazuju na neznatno smanjenje specifične površine uzoraka nakon kalcinacije u usporedbi sa specifičnom površinom izvornog MWCNT uzorka.

Slično primjeru 1, naznačen time što se uzorak originalnih MWCNT-a zagrijava na 2600 °C 1 h u struji argona visoke čistoće (~ 20 l/h) u pećnici s temperaturnim gradijentom, pri čemu je temperatura u radna zona ostaje na 2600°C, a na rubovima peći temperatura je 900-1000°C. Slike zagrijanih MWCNT dobivene transmisijskom elektronskom mikroskopijom prikazane su na slici 3. TEM slike visoke razlučivosti prikazuju zatvorene krajeve nanocijevi.

Slično primjeru 1, naznačen time što se uzorak originalnih MWCNT-a zagrijava na 2800 °C 15 min u struji argona visoke čistoće (~ 20 l/h) u peći s temperaturnim gradijentom, gdje je temperatura u radna zona ostaje na 2800 °C, a na rubovima peći temperatura je 900-1000 °C. Slike zagrijanih MWCNT dobivene transmisijskom elektronskom mikroskopijom prikazane su na slici 4.

Kalcinacija na 2800 ° C dovodi do stvaranja malog broja uvećanih cilindričnih formacija s povećanim brojem slojeva i omjerom duljine i širine od približno 2-3. Ta su povećanja vidljiva na TEM slikama (slika 5).

Analogno primjeru 1, naznačen time da su početni MWCNT dobiveni u prisutnosti katalizatora Fe—Co/CaCO3. Slike početnih MWCNT-a i MWCNT-a zagrijane na 2200 °C, dobivene transmisijskom elektronskom mikroskopijom, prikazane su na slikama 6, 7. TEM slike početnih MWCNT-a pokazuju metalne čestice inkapsulirane u kanalima cijevi (označene strelicama).

Slično kao u primjeru 4, naznačen time što se uzorak izvornog MWCNT-a zagrijava na 2600 °C. Slike zagrijanih MWCNT dobivene transmisijskom elektronskom mikroskopijom prikazane su na slici 8. TEM slike visoke razlučivosti prikazuju zatvorene krajeve nanocijevi.

Analogno primjeru 4, naznačen time da se uzorak izvornog MWCNT-a zagrijava na 2800°C 15 minuta. Slike zagrijanih MWCNT dobivene transmisijskom elektronskom mikroskopijom prikazane su na slici 9. Slike pokazuju stvaranje neznatnog udjela povećanja.

stol 1
Podaci rendgenske spektralne fluorescencije o sadržaju nečistoća u MWCNT nakon zagrijavanja, dobiveni korištenjem Fe-Co / Al 2 O 3 katalizatora
Element
Početni MWCNT MWCNT_2200 ° S primjer 1 MWCNT_2600 ° S primjer 2 MWCNT_2800 ° S primjer 3
Fe 0.136 0.008 otiske stopala otiske stopala
S 0.0627 otiske stopala otiske stopala otiske stopala
Al 0.0050 otiske stopala otiske stopala otiske stopala
ca otiske stopala 0.0028 0.0014 otiske stopala
Ni 0.0004 otiske stopala otiske stopala otiske stopala
Si 0.0083 0.0076 otiske stopala Ne
Ti Ne 0.0033 otiske stopala otiske stopala
S otiske stopala Ne Ne Ne
Cl 0.111 Ne Ne Ne
S n 0.001 0.001 otiske stopala otiske stopala
Ba Ne Ne Ne Ne
Cu 0.001 0.001 otiske stopala otiske stopala
tragovi - sadržaj elementa ispod 1 ppm
tablica 2
Podaci rendgenske spektralne fluorescencije o sadržaju nečistoća u MWCNT-ima nakon zagrijavanja, dobiveni korištenjem Fe-Co / CaCO 3 katalizatora
Element Procjena sadržaja nečistoća, tež.%
Početni MWCNT MWCNT_2200 ° S primjer 4 MWNT_2600 ° S primjer 5 MWCNT_2800 ° S primjer 6
Fe 0.212 0.0011 0.0014 0.001
S 0.0936 otiske stopala otiske stopala otiske stopala
Al 0.0048 otiske stopala otiske stopala otiske stopala
ca 0.0035 0.005 0.0036 otiske stopala
Ni 0.0003 otiske stopala otiske stopala otiske stopala
Si 0.0080 0.0169 0.0098 otiske stopala
Ti Ne otiske stopala 0.0021 0.0005
S 0.002 Ne Ne Ne
Cl 0.078 Ne Ne Ne
S n 0.0005 otiske stopala otiske stopala otiske stopala
Ba 0.008 Ne Ne Ne
Cu otiske stopala otiske stopala otiske stopala otiske stopala
Tablica 3
BET specifična površina početnih i zagrijanih MWCNT uzoraka
MWCNT uzorak (katalizator) S otkucaji, m 2 / g (± 2,5%)
MWNT_ish (Fe-Co / Al 2 O 3) 390
MWNT_2200 (Fe-Co / Al 2 O 3) primjer 1 328
MWNT_2600 (Fe-Co / Al 2 O 3) primjer 2 302
MWNT_2800 (Fe-Co / Al 2 O 3) primjer 3 304
MWNT_inx (Fe-Co / CaCO 3) 140
MWCNT_2200 (Fe-Co / CaCO 3) primjer 4 134
MWCNT_2600 (Fe-Co / CaCO 3) primjer 5 140
MWCNT_2800 (Fe-Co / CaCO 3) primjer 6 134

Naslovi slika:

Sl. 1. Elektronsko mikroskopske slike početnog uzorka MCNT sintetiziranog na Fe-Co / Al 2 O 3 katalizatoru. Lijevo - TEM slika niske rezolucije. Desno, dolje - TEM slika visoke razlučivosti, koja prikazuje neispravne MWCNT stijenke.

sl. 2. Elektronsko mikroskopske slike uzorka MWCNT, zagrijanog na temperaturi od 2200 °C, sintetiziranog na Fe-Co / Al 2 O 3 katalizatoru. Lijevo - TEM slika niske rezolucije. Desno, dolje - TEM slika visoke rezolucije. Struktura MWCNT-a postaje manje defektna, krajevi nanocijevi su zatvoreni.

Slika 3. Elektronsko mikroskopske slike uzorka MCNT zagrijanog na temperaturi od 2600 °C, sintetiziranog na Fe-Co / Al 2 O 3 katalizatoru. Lijevo - TEM slika niske rezolucije. S desne strane, ispod, TEM slika visoke razlučivosti koja prikazuje zatvorene krajeve MWCNT-a. Zidovi MWCNT-a postaju glatkiji i manje defektni.

Slika 4. Elektronsko mikroskopske slike uzorka MWCNT, zagrijanog na temperaturi od 2800 °C, sintetiziranog na Fe-Co / Al 2 O 3 katalizatoru. Lijevo - TEM slika niske rezolucije. Desno, dolje - TEM slika visoke razlučivosti koja prikazuje manje neispravne MWCNT stijenke.

Slika 5. Elektronsko mikroskopske slike uzorka MWCNT zagrijanog na temperaturi od 2800 °C, sintetiziranog na Fe-Co / Al 2 O 3 katalizatoru, odražavajući pojavu defekata u MWCNT strukturi, koji su cilindrične formacije koje se sastoje od ugniježđenih slojeva grafena, koji prikazani su na desnoj gornjoj TEM slici visoke rezolucije.

Slika 6. Elektronsko mikroskopske slike početnog uzorka MWCNT sintetiziranog na Fe-Co / CaCO 3 katalizatoru. Lijevo - TEM slika niske rezolucije. Desno, dolje - TEM slika visoke razlučivosti, koja prikazuje neravnu površinu MWCNT-a. U gornjem desnom kutu vidljive su čestice katalizatora, kapsulirane unutar kanala ugljikovih nanocijevi (označene strelicama).

Slika 7. Elektronsko mikroskopske slike uzorka MWCNT, zagrijanog na temperaturi od 2200 °C, sintetiziranog na Fe-Co / CaCO 3 katalizatoru. Lijevo - TEM slika niske rezolucije. Desno, dolje - TEM slika visoke razlučivosti koja prikazuje glađe MWCNT zidove.

Slika 8. Elektronsko mikroskopske slike uzorka MWCNT, zagrijanog na temperaturi od 2600 °C, sintetiziranog na Fe-Co / CaCO 3 katalizatoru. Lijevo - TEM slika niske rezolucije. S desne strane, ispod, TEM slika visoke razlučivosti koja prikazuje zatvorene krajeve MWCNT-a. Zidovi MWCNT-a postaju glatkiji i manje defektni.

Slika 9. Elektronsko mikroskopske slike uzorka MWCNT, zagrijanog na temperaturi od 2800 °C, sintetiziranog na Fe-Co / CaCO 3 katalizatoru. Lijevo - TEM slika niske rezolucije. Desno, dolje - TEM slika visoke rezolucije.

1. Metoda pročišćavanja višeslojnih ugljikovih nanocijevi dobivenih pirolizom ugljikovodika korištenjem katalizatora koji kao aktivne komponente sadrže Fe, Co, Ni, Mo, Mn i njihove kombinacije, kao i Al 2 O 3, MgO, CaCO 3 - kao nosače, ključanje u otopini klorovodične kiseline s daljnjim ispiranjem vodom, naznačen time što se nakon kiselog tretmana zagrijava u struji argona visoke čistoće u peći s temperaturnim gradijentom, gdje je temperatura u radnom području 2200-2800 ° C, na rubovima peći temperatura je 900-1000 ° C, zbog čega se dobivaju višeslojne nanocijevi s udjelom metalnih nečistoća manjim od 1 ppm.

2. Postupak prema zahtjevu 1, naznačen time, da se zagrijavanje provodi u ampulama izrađenim od grafita visoke čistoće.

u sumpornoj kiselini koja sadrži kromov anhidrid. Međutim, potrebno je prethodno uklanjanje grube frakcije granula nanodijamanta. Literatura 1. Spitsyn B.V., Davidson J.L., Gradoboev M.N., Galushko T.B., Serebryakova N.V., Karpukhina T.A., Kulakova I.I., Melnik N.N. Put do modifikacije detonacijskog nanodijamanta // Diamond and Related Materials, 2006, Vol. 15, str. 296-299 2. Pat. 5-10695, Japan (A), otopina kromnog premaza, Tokyo Daiyamondo Kogu Seisakusho K.K., 27.04.1993. 3. Dolmatov, V.Yu. Dolmatov V.Yu., Burkat GK Ultrafini dijamanti detonacijske sinteze kao osnova za novu klasu kompozitnih metalno-dijamantnih galvaniziranih premaza // Superhard materiali, 2000, T. 1.- P. 84-94 4. Gregory R. Flokulacija i sedimentacija - osnovna načela // Spec. Chem., 1991, sv. 11, broj 6, str. 426-430 UDK 661.66 N.Yu. Biryukova1, A.N. Kovalenko1, S.Yu. Tsareva1, L.D. Iskhakova2, E.V. Zharikov1 Rusko kemijsko-tehnološko sveučilište nazvano po V.I. DI. Mendeljejev, Moskva, Rusija Znanstveni centar za optička vlakna RAS, Moskva, Rusija 1 2 PROČIŠĆAVANJE UGLJIKOVIH NANOCIJEVI DOBIVENIH METODOM KATALITIČKE PIROLIZE BENZENA U ovom radu prikazani su rezultati eksperimentalnih istraživanja pročišćavanja i odvajanja višeslojnih fizičkih nanocijevi prikazane su kemijske metode. Učinkovitost svake faze kontrolirana je proučavanjem morfoloških karakteristika proizvoda pirolize. U radu su prikazani rezultati eksperimentalnih istraživanja pročišćavanja i odvajanja višeslojnih ugljikovih nanocijevi fizičkim i kemijskim metodama. Učinkovitost svake faze pročišćavanja praćena je promjenom morfoloških karakteristika proizvoda pirolize. Metoda katalitičke pirolize ugljikovodika jedna je od obećavajućih metoda za sintezu ugljikovih nanocijevi. Metoda omogućuje dobivanje jednostjenih, višeslojnih nanocijevi, orijentiranih nizova ugljikovih nanostruktura s odgovarajućom organizacijom parametara sinteze. Istodobno, proizvod dobiven pirolizom spojeva koji sadrže ugljik, uz nanocijevi, sadrži značajnu količinu nečistoća kao što su čestice katalizatora, amorfni ugljik, fulereni itd. Fizikalne metode (centrifugiranje, ultrazvučno djelovanje, filtracija) su obično koristi se za uklanjanje ovih nečistoća (centrifugiranje, ultrazvučna obrada, filtracija) u kombinaciji s kemijskom (oksidacija u plinovitim ili tekućim medijima na povišenim temperaturama). U ovom radu ispitana je kombinirana metoda pročišćavanja i odvajanja višeslojnih nanocijevi od nusproizvoda, utvrđena je učinkovitost različitih reagensa. Početni talog dobiven je katalitičkom pirolizom benzena koristeći željezni pentakarbonil kao predkatalizator. Ležište je obrađeno klorovodičnom, sumpornom i dušičnom kiselinom. Agregati nanocijevi razbijeni su ultrazvukom na frekvenciji od 22 kHz. Za odvajanje taloga u frakcije korišteno je centrifugiranje (3000 o/min, vrijeme obrade - do 1 sat). Osim kiselog tretmana, koristili smo i termičku obradu nanocijevi na USP EKhI u kemiji i kemijskoj tehnologiji. Svezak XXI. 2007. Broj 8 (76) 56 u zraku. Za postizanje najboljeg čišćenja uspostavljen je optimalan slijed različitih metoda. Morfološke karakteristike produkata pirolize i stupanj pročišćavanja praćeni su skenirajućim elektronskim mikroskopom, Ramanovom spektroskopijom i rendgenskom faznom analizom. UDK 541.1 E.N. Golubina, N.F. Kizim, V.V. Institut Moskalenko Novomoskovsk Ruskog sveučilišta kemijske tehnologije. DI. Mendeleeva, Novomoskovsk, Rusija UTJECAJ NANOSTRUKTURA NA OSOBOSTITELJSTVO VAĐENJA U VODI - ErCl3 - D2EHPA - KINETIČKI SUSTAV HEPTANA Kinetička karakteristika ekstrahiranog Er (III) otopine D2EHPA u heptanu, koncentrirano područje kinetine visoka brzina kod dinamičkih međufaznih slojeva na početku procesa, ekstremna dispozicija ovisno o razmatranoj debljini dinamičkih međufaznih slojeva od omjera koncentracije elementa i otapala) ukazuju na značajan dio nanostruktura u procesu ekstrakcije. Kinetičke značajke ekstrakcije erbija (III) otopinama D2EHPA u heptanu (područja koncentracije na kinetičkim krivuljama, velika brzina njegovo nakupljanje u DMS-u na početku procesa, ekstremni karakter ovisnosti promatrane debljine DMS-a o omjeru koncentracija elementa i ekstraktanta) ukazuju na značajnu ulogu nanostruktura u procesu ekstrakcije. Poznato je da u ekstrakcijskim sustavima mogu nastati različiti nanoobjekti: adsorpcijski slojevi, micele, micelarni gelovi, vezikule, polimerni gelovi, kristalni gelovi, mikroemulzije, nanodisperzije, emulzije. Konkretno, u sustavu La (OH) 3-D2EHPA-dekan-voda nastaje organogel čija je prostorna struktura građena od čestica u obliku šipke promjera ≈0,2 i duljine 2-3 μm. Natrijeva sol D2EHPA u odsutnosti vode tvori obrnute cilindrične micele polumjera 53 nm. V presjek micele su smještene tri molekule NaD2EHF, orijentirane polarnim skupinama prema središtu i ugljikovodični lancima prema organskom otapalu. Stanje takve rešetke ovisi o prirodi elementa. U slučaju Co (D2EHP) 2, formiraju se makromolekularne strukture s brojem agregacije većim od 225. U slučaju Ni (D2EHP) 2 (moguće Ni (D2EHP) 2⋅2H2O), agregati s brojem agregacije ≈5,2 pojaviti se. Pod određenim uvjetima moguće je formiranje polimernih molekularnih struktura hidrodinamičkog polumjera ≈15 nm. Kada se lantan ekstrahira otopinama D2EHPA, nastaje masiv i strukturno krut lantan alkil fosfat, što uzrokuje smanjenje elastičnosti monosloja lantan alkil fosfata na međusloju. Stvaranje nanostruktura utječe i na ravnotežna svojstva sustava i na kinetiku procesa. Ekstrakcija REE je komplicirana pojavom brojnih međufaznih procesa, kao što su nastanak i razvoj spontane površinske konvekcije (SPC), stvaranje strukturno-mehaničke barijere, fazna disperzija itd. Kao rezultat kemijska reakcija Između D2EHPA i elementa nastaje slabo topiva sol koja uzrokuje stvaranje nanostruktura po mehanizmu "od manjeg prema većem". Cilj ovog rada bio je utvrditi utjecaj nanostruktura na kinetička svojstva ekstrakcije erbija (III) otopinama D2EHPA u heptanu. U S P E Kh I u kemiji i kemijskoj tehnologiji. Svezak XXI. 2007. br.8 (76) 57