Išradimas yra susijęs su paviršinio ir požeminio vandens, kuriame yra daug titano ir jo junginių, sorbcinio valymo sritimi ir gali būti naudojamas vandens valymui, gaminant sveikatai saugų geriamąjį vandenį. Paviršinio ir požeminio vandens valymo iš titano ir jo junginių metodas apima užteršto vandens sąlytį su adsorbentu, kai kaip adsorbentas naudojami anglies nanovamzdeliai, kurie dedami į ultragarso vonią ir veikia anglies nanovamzdelius bei valomą vandenį. 1-15 min režimu, ultragarso dažniu 42 kHz ir 50 W galia. Techninis rezultatas – 100% vandens išvalymas iš titano ir jo junginių dėl labai aukštų anglies nanovamzdelių adsorbcijos savybių. 4 iliustr., 2 stalai, 4 ex.
RF patento 2575029 brėžiniai
Išradimas yra susijęs su paviršinio ir požeminio vandens, kuriame yra daug titano ir jo junginių, sorbcinio valymo sritimi ir gali būti naudojamas vandens valymui iš titano ir jo junginių, siekiant gauti saugų sveikatai geriamąjį vandenį.
Yra žinomas vandens valymo iš sunkiųjų metalų jonų metodas, pagal kurį kaip adsorbentas naudojamas kalcinuotas aktyvintas natūralus adsorbentas, kuris yra mišrios mineralinės sudėties silicio uoliena iš Tatarstano telkinių, kurios masės %: opalkristobolitas 51-70 , ceolitas 9-25, molio komponentas - mont morilonitas, hidromika 7-15, kalcitas 10-25 ir kt. [RF patentas 2150997, IPC B01G 20/16, B01G 20/26, publ. 2000-06-20]. Šio žinomo metodo trūkumas yra vandenilio chlorido rūgšties naudojimas medžiagai aktyvuoti, o tam reikalinga įranga, atspari agresyviai aplinkai. Be to, taikant metodą naudojama gana reta sudėtingos mineralinės sudėties uoliena ir nėra duomenų apie titano ir jo junginių kiekį.
Yra žinomas granuliuoto adsorbento, pagaminto iš šungito, gamybos būdas [Auth.St. SSRS Nr. 822881, IPC B01G 20/16, publ. 1981-04-23].
Šio metodo trūkumas – rečiau paplitusio mineralinio šungito, iš anksto modifikuoto amonio salietra, naudojimas, kalcinavimas aukštoje temperatūroje, kuriam reikalinga atitinkama įranga ir energijos sąnaudos, taip pat apdorojimas agresyvioje aplinkoje. Duomenų apie vandens valymo iš titano efektyvumą nėra.
Yra žinomas būdas gauti organinius mineralinius sorbentus natūralių aliuminio silikatų pagrindu, būtent ceolitą, modifikuojant iš anksto termiškai apdorotą aliuminio silikatą polisacharidais, ypač chitozanu [RF patentas Nr. 2184607, IPC C02F 1/56, B01J 20/32, B01J 20/26, B01J 20/12, publ. 2002-10-07]. Metodas leidžia gauti sorbentus, tinkamus efektyviam vandeninių tirpalų valymui iš metalo jonų ir įvairios prigimties organinių dažiklių.
Aprašytu būdu gautų sorbentų trūkumai yra didelis jų dispersijos laipsnis, neleidžiantis vandens valyti srove per sorbento sluoksnį (filtras greitai užsikemša), taip pat galimybė nuplauti chitozano sluoksnį nuo sorbento. laikui bėgant, nes trūksta fiksacijos mineraliniu pagrindu ir nėra duomenų apie veiksmingą išvalymą nuo sunkiųjų metalų junginių, tokių kaip titanas ir jo junginiai.
Aprašytas pramoninio vandens nuskaidrinimo ir šalinimo iš vandens valymo stočių filtrų konstrukcijų metodas [Išradimo patentas RU Nr. 2372297, IPC C02F 1/5, C02F 103/04, publ. 2009-11-10].
Išradimo esmė slypi kompleksinio koagulianto, kuris yra sulfato ir aliuminio oksichlorido vandeninių tirpalų mišinys aliuminio oksido dozių santykiu 2:1, naudojimas.
Šiame patente pateikiami geriamojo vandens tiekimo požeminio vandens valymo pavyzdžiai.
Aprašyto metodo trūkumas – prastas valymo nuo priemaišų efektyvumas 46% nuosėdų plūduriavo, o likusi dalis buvo suspensijoje.
Yra žinomas vandens valymo būdas, apdorojant tiekimo vamzdyną katijoniniu flokuliantu [RF patentas Nr. 2125540, IPC C02F 1/00, publ. 1999-01-27].
Išradimas yra susijęs su vandens valymo iš paviršinių kanalizacijų būdais ir gali būti naudojamas buitinio ir geriamojo arba techninio vandens tiekimo srityje.
Išradimo esmė: be flokulianto, į vamzdyną įvedamas mineralinis koaguliantas, kurio masės santykis su flokuliantu yra nuo 40:1 iki 1:1.
Metodas užtikrina suspenduotų medžiagų agregacijos efektyvumo padidėjimą, o tai leidžia 2-3 kartus sumažinti nusistovėjusio vandens drumstumą. Panaudojus šį metodą, būtinas tolesnis visiškas sedimentavimas nusodinimo rezervuaruose. Taigi pagal aprašytą metodą 100% metalų pasišalinimo nepasiekta, vandens kietumas sumažėjo nuo 5,7 mg-ekv/l iki 3 mg-ekv/l, drumstumas sumažėjo iki 8,0 mg/l.
Analogo trūkumas – prastas metalų ir organinių priemaišų šalinimo efektyvumas nėra duomenų apie titano kiekį.
Anglies nanovamzdelių (CNT) sorbcijos efektyvumas apibūdinamas kaip naujoviškos vandens ir etanolio mišinių valymo technologijos pagrindas [Zaporotskova N.P. ir kiti VolSU biuletenis, 10 serija. 5, 2011, 106 p.].
Darbe atlikti kvantinės mechaninės sunkiųjų alkoholio molekulių adsorbcijos procesų ant vienasienių anglies nanovamzdelių išorinio paviršiaus tyrimai.
Apibūdinto CNT sorbcinio aktyvumo trūkumas yra tas, kad atliekami tik teoriniai kvantiniai mechaniniai skaičiavimai, o eksperimentiniai alkoholių tyrimai. Metalų valymo pavyzdžių nėra.
Teigiamas anglies nanovamzdelių poveikis vandens ir etanolio mišinių valymo procesui įrodytas.
Šiuo metu ypatingos viltys plėtojant daugelį mokslo ir technologijų sričių siejamos su anglies nanovamzdeliais CNT [Harris P. Carbon nanotubes and related structures. Naujos XXI amžiaus medžiagos. - M.: Technosfera, 2003. - 336 p.].
Nepaprasta CNT savybė yra susijusi su jų unikaliomis sorbcijos savybėmis [Eletsky A.V. Anglies nanostruktūrų sorbcijos savybės. - Fizinių mokslų pažanga. - 2004. -T. 174, Nr. 11. - P. 1191-1231].
Aprašytas anglies nanovamzdelių filtras, skirtas alkoholio turintiems skysčiams valyti [Polikarpova N.P. ir kiti VolSU biuletenis, 10 serija. 6, 2012, 75 p.]. Buvo atlikti alkoholio turinčių skysčių valymo filtravimo ir perdavimo metodais eksperimentai, nustatyta CNT masės dalis, kuri duoda geriausią rezultatą.
Atlikti eksperimentiniai tyrimai įrodė, kad vandens ir etanolio mišinio apdorojimas CNT padeda sumažinti fuzelinių alyvų ir kitų medžiagų kiekį. Šio analogo trūkumas yra duomenų apie vandens valymą iš metalų trūkumas.
Darbe buvo tiriama Zn(II) sorbcija / desorbcija nuosekliais ciklais, naudojant aktyvintąją anglį ir CNT. Po kelių ciklų Zn(II) adsorbcija aktyvintoje anglyje smarkiai sumažėjo, o tai buvo siejama su mažu metalo jonų pašalinimu iš aktyvintos anglies porų vidinio paviršiaus.
Hidrofobinė CNT prigimtis sukelia silpną jų sąveiką su vandens molekulėmis, sudarydama sąlygas laisvam jo tekėjimui.
Noy A., Park N.G., Fornasiero F., Holt J.K., Grigoropoulos S.P. ir Bakajin O. Nanofluidics in anglies nanovamzdeliai // Nano Today. 2007, t. 2, Nr. 6, p. 22-29.
CNT adsorbcijos gebėjimas priklauso nuo funkcinių grupių buvimo adsorbento paviršiuje ir adsorbato savybių.
Pavyzdžiui, karboksilo, laktono ir fenolio grupių buvimas padidina polinių medžiagų adsorbcijos gebėjimą.
CNT, kurių paviršiuje nėra funkcinių grupių, pasižymi dideliu nepolinių teršalų adsorbcijos gebėjimu.
Vienas iš būdų sukurti membraną yra auginti CNT ant silicio paviršiaus naudojant anglies turinčius garus, naudojant nikelį kaip katalizatorių.
CNT yra molekulinės struktūros, primenančios šiaudelius, pagamintus iš nanometro storio, 10–9 m storio anglies lakštų, iš esmės tai yra atominis paprasto grafito sluoksnis, susuktas į vamzdelį – vieną perspektyviausių medžiagų nanotechnologijų srityje. CNT taip pat gali turėti išplėstą struktūrą [WCG svetainė http://www.worldcommunitygrid.org/].
Membraninė technologija, kuri plačiai naudojama geriamam vandeniui gauti mūsų planetos gyventojams.
Yra du reikšmingi trūkumai – energijos sąnaudos ir membranos užsiteršimas, kuriuos galima pašalinti tik cheminiais metodais.
Iš anglies nanovamzdelių arba grafeno gali būti sukurtos produktyvios ir antipuvimo membranos [M. Majumder ir kt. Nature 438, 44 (2005)].
Pagal techninę esmę ir pasiektą rezultatą arčiausiai nurodyto išradimo yra vandens valymo sorbentų gamybos būdas [RF patentas 2277013 C1, IPC B01J 20/16, B01J 20/26, B01J 20/32, publ. 2004 12 01]. Šis patentas laikomas prototipu. Šis metodas yra susijęs su sorbcinio vandens valymo sritimi, konkrečiai su sorbentų gamyba ir valymo metodais, ir gali būti naudojamas geriamam ar pramoniniam vandeniui, kuriame yra daug sunkiųjų metalų jonų ir polinių organinių medžiagų, išvalyti. Metodas apima natūralaus aliuminio silikato apdorojimą chitozano tirpalu praskiestoje acto rūgštyje, aliuminio silikato ir chitozano tirpalo santykiu 1:1, esant pH 8-9.
Lentelėje 1 parodytas lyginamasis sorbentų, gautų pagal išradimą, aprašymas, paimtas kaip prototipas [patentas 2277013]. Pateikiami dažų sorbcijos ir vario, geležies ir kitų metalų jonų sorbcijos iš tirpalų pavyzdžiai.
Prototipo trūkumas – mažas sunkiųjų metalų adsorbcijos pajėgumas (SOE) mg/l variui Cu +2 (nuo 3,4 iki 5,85 nėra duomenų apie titano ir jo junginių adsorbciją). COE, mg/l Fe +3 svyruoja nuo 3,4 iki 6,9.
Išradimo tikslas – sukurti paviršinio ir požeminio vandens valymo iš titano ir jo junginių metodą naudojant anglies nanovamzdelius ir veikiant ultragarsu, kuris leis gauti aukštos kokybės švarų geriamąjį vandenį ir padidinti paviršinio ir požeminio vandens valymo efektyvumą dėl didelės CNT adsorbcijos savybės.
Problema išspręsta siūlomu paviršinio ir požeminio vandens valymo iš titano ir jo junginių metodu, naudojant CNT, naudojant 50 W galios ultragarsą su 42 kHz ultragarso dažniu 1-15 minučių.
Metodas atliekamas taip. Adsorbentas yra vienasienis anglies nanovamzdelis, turintis galimybę aktyviai sąveikauti su titano atomais ir jo katijonais (Ti, Ti +2, Ti +4).
Vienas gramas 98% grynumo CNT įpilamas į 99 g vandens, kad būtų pašalintas Ti, Ti +2, Ti +4, tada visas turinys dedamas į ultragarsinę vonią UKH-3560 ir 1-15 minučių veikiamas ultragarsu. esant 50 vatų galiai ir 42 kHz ultragarso dažniui.
Po filtravimo tiriami analizei paimti vandens mėginiai. Atominės emisijos analizė naudojama titano ir jo junginių kiekiui vandens mėginiuose nustatyti prieš apdorojant CNT ir po vandens mėginių apdorojimo CNT ultragarso vonioje.
Siūlomas „Paviršinio ir požeminio vandens valymo iš titano ir jo junginių metodas naudojant anglies nanovamzdelius ir ultragarsą“ patvirtintas toliau aprašytais pavyzdžiais.
Metodo įgyvendinimas pagal nurodytas sąlygas leidžia gauti visiškai gryną vandenį, kuriame nėra titano ir jo junginių (Ti, Ti +2, Ti +4).
Techninis rezultatas pasiekiamas tuo, kad CNT veikia kaip kapiliaras, sugeriantis Ti atomus ir titano katijonus Ti +2 ir Ti +4, kurių matmenys prilyginami vidiniam CNT skersmeniui. CNT skersmuo svyruoja nuo 4,8 Å iki 19,6 Å, priklausomai nuo CNT gavimo sąlygų.
Eksperimentiškai įrodyta, kad CNT ertmės aktyviai užpildomos įvairiais cheminiais elementais.
Svarbi savybė, išskirianti CNT iš kitų žinomų medžiagų, yra vidinės ertmės buvimas nanovamzdelyje. Ti atomas ir jo katijonai Ti +2, Ti +4, veikiami išorinio slėgio arba dėl kapiliarinio efekto, prasiskverbia į CNT ir lieka ten dėl sorbcijos jėgų [Dyachkov P.N. Anglies nanovamzdeliai: struktūra, savybės, pritaikymas. - M.: Binomas. Žinių laboratorija, 2006. - 293 p.].
Tai įgalina selektyvią nanovamzdelių adsorbciją. Be to, labai išlenktas CNT paviršius leidžia ant jo paviršiaus adsorbuoti gana sudėtingus atomus ir molekules, ypač Ti, Ti +2, Ti +4.
Be to, nanovamzdelių efektyvumas yra dešimtis kartų didesnis nei grafito adsorbentų, kurie šiandien yra labiausiai paplitusios valymo priemonės, aktyvumas. CNT gali adsorbuoti priemaišas tiek išoriniame, tiek vidiniame paviršiuje, o tai leidžia pasirinktinai adsorbuoti.
Todėl CNT gali būti naudojamas galutiniam įvairių skysčių valymui nuo itin mažos koncentracijos priemaišų.
CNT turi patrauklų didelį specifinį CNT medžiagos paviršiaus plotą, pasiekiantį 600 m 2 /g ar daugiau.
Toks didelis savitasis paviršiaus plotas, kelis kartus didesnis už geriausių šiuolaikinių sorbentų savitąjį paviršiaus plotą, atveria galimybę juos naudoti paviršiniam ir požeminiam vandeniui valyti nuo sunkiųjų metalų, ypač Ti, Ti +2, Ti +4. .
CNT sintezė. Naudojant CVDomna anglies nanovamzdelių sintezės įrenginį, buvo gauta anglies nanomedžiaga CNT, kuri buvo naudojama paviršiniam ir požeminiam vandeniui išvalyti iš titano ir jo junginių.
Buvo atlikti eksperimentiniai vandens valymo iš titano ir jo junginių tyrimai.
Norint nustatyti optimalų CNT kiekį, būtina sumažinti titano ir jo junginių kiekį iki itin mažo kiekio. Ši CNT koncentracija buvo nustatyta ir vėlesniuose eksperimentuose buvo naudojama optimali koncentracija 0,01 g 1 litrui analizuoto vandens.
Atominės emisijos analizė parodė, kad tiriamuose vandens mėginiuose yra atominio Ti ir jo katijonų (Ti +2, Ti +4), iš ko galime daryti išvadą, kad būtent titanas ir Ti +2, Ti +4 katijonai sąveikauja su anglies nanovamzdeliai. Ti atomo spindulys yra 147 pm, t.y. Titano katijonai gali įsiterpti į anglies nanovamzdelio ertmę ir adsorbuotis viduje (1 pav.) arba adsorbuotis ant jo išorinio paviršiaus, taip pat sudarydami tilto struktūrą su šešiakampių anglies atomais (2 pav.), sudarydami sujungtas molekulines struktūras. .
Ti ir jo katijonų įvedimas į CNT ertmę yra įmanomas laipsniškai priartėjus Ti prie nanovamzdelio išilgai jo pagrindinės išilginės ašies ir titano atomams bei jo katijonams prasiskverbiant į nanovamzdelio ertmę ir toliau adsorbuojant juos vidinėje pusėje. CNT paviršius. Taip pat žinomas ir kitas Ti adsorbcijos variantas, pagal kurį vienas titano atomas gali sukurti stabilius Ti-C ryšius su anglies atomais anglies nanovamzdelio išorėje dviem paprastais atvejais, kai Ti yra 1/4 ir 1/2 visų. šešiakampiai (3 pav.) .
Tai yra, titano ir jo katijonų adsorbcija CNT paviršiuje yra ne tik teoriškai įrodytas faktas, bet ir eksperimentiškai įrodytas tyrimais.
Išradimo sorbentas yra vienasienių anglies nanovamzdelių konglomeratas, turintis galimybę aktyviai sąveikauti su titanu ir jo katijonais, sudarydamas stabilius ryšius, ir galintis adsorbuoti titano atomus ir jo junginius ant vidinių ir išorinių CNT paviršių. jungiamųjų struktūrų su dviem Ti-C jungtimis formavimas, jei Ti +2 arba keturi Ti +4. Valant vandenį, užterštą titanu ir jo junginiais, titanas adsorbuojamas ant CNT paviršių dėl van der Waals jėgų, tai yra titanas ir jo junginiai nuo laisvojo atomo bei katijonų Ti +2 ir Ti +4; į molekulinį ryšį (4 pav.).
Išradimo įgyvendinimo galimybę iliustruoja sekantys pavyzdžiai.
1 pavyzdys. Požeminis vanduo iš 40 m gylio gręžinio 1) buvo paimtas kokybinės elementinės sudėties kiekiui nustatyti, taip pat kiekybinei titano ir jo junginių kiekio analizei prieš gryninimą CNT ir po CNT adsorbcijos bei apdorojimo ultragarsu. . Ultragarso ekspozicijos laikas 15 min. Ti ir jo junginių kiekis po gryninimo yra 0 % (2 lentelė).
2 pavyzdys. Požeminis vanduo iš 2 gręžinio, kurio gylis 41 m, priešingai nei 1 šulinys), šis vanduo buvo 200 m atstumu nuo Bereslavskio rezervuaro (Volgogradas) gręžinio 1). Ultragarso ekspozicijos laikas 15 min. Ti ir jo junginių kiekis po išgryninimo pagal išradimą yra 0 % (2 lentelė).
3 pavyzdys. Vanduo, paimtas iš vandens čiaupo (Sovetsky rajonas, Volgogradas), buvo išvalytas naudojant CNT ir 15 minučių veikiant ultragarsu, 50 W galia ir 42 kHz veikimo ultragarso dažniu (2 lentelė).
4 pavyzdys. Viskas taip pat kaip 1 pavyzdyje, bet ultragarso ekspozicijos laikas yra 1 minutė.
5 pavyzdys. Požeminis vanduo iš 1) 40 m gylio gręžinio buvo paimtas titano ir jo junginių kiekiui analizuoti ir išvalytas pagal prototipą [patentas RU 2277013].
Ultragarso ekspozicijos laikas 15 min (1, 2, 3, 5 eksperimentas). Ultragarso ekspozicijos laikas 1 min (4 eksperimentas).
Aptariamo metodo, pagrįsto CNT, pranašumai yra labai didelis titano ir jo junginių adsorbcijos laipsnis. Remiantis eksperimento rezultatais, optimaliomis sąlygomis užtikrinamas 100% bandomųjų vandenų išvalymas iš titano ir jo junginių.
REIKALAVIMAS
Paviršinio ir požeminio vandens valymo iš titano ir jo junginių metodas, naudojant anglies nanovamzdelius (CNT) ir ultragarsu, įskaitant užteršto vandens kontaktavimą su adsorbentais, siekiant užfiksuoti sunkiuosius metalus, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad anglies nanovamzdeliai naudojami kaip adsorbentas, kurie dedami į ultragarsinė vonia, veikianti CNT ir išvalytą vandenį 1-15 min. režimu, ultragarso dažniu 42 kHz ir 50 W galia.
Patento RU 2430879 savininkai:
Išradimas yra susijęs su nanotechnologijomis ir gali būti naudojamas kaip sudėtinių medžiagų komponentas. Daugiasieniai anglies nanovamzdeliai gaminami angliavandenilių pirolizės būdu, naudojant katalizatorius, kurių aktyvūs komponentai yra Fe, Co, Ni, Mo, Mn ir jų deriniai, o kaip nešikliai – Al 2 O 3, MgO, CaCO 3. Gauti nanovamzdeliai valomi verdant druskos rūgšties tirpale, po to plaunant vandeniu. Po apdorojimo rūgštimi kaitinimas atliekamas didelio grynumo argono sraute krosnyje su temperatūros gradientu. Krosnies darbo zonoje temperatūra 2200-2800°C. Orkaitės kraštuose temperatūra 900-1000°C. Išradimas leidžia gauti daugiasienius nanovamzdelius, kurių metalo priemaišų kiekis yra mažesnis nei 1 ppm. 3 atlyginimas f-ly, 9 iliustr., 3 lentelės.
Išradimas yra susijęs su didelio grynumo daugiasienių anglies nanovamzdelių (MWCNT), kurių metalo priemaišų kiekis yra mažesnis nei 1 ppm ir kurie gali būti naudojami kaip sudėtinių medžiagų komponentai įvairiems tikslams, gamyba.
Masinei MWCNT gamybai naudojami metodai, pagrįsti angliavandenilių arba anglies monoksido pirolize, dalyvaujant metaliniams katalizatoriams, kurių pagrindą sudaro geležies pogrupio metalai [T.W.Ebbesen // Anglies nanovamzdeliai: paruošimas ir savybės, CRC Press, 1997, p. 139-161; V.Shanov, Yeo-Heung Yun, M.J.Schuiz // Anglies nanovamzdelių medžiagų sintezė ir apibūdinimas (apžvalga) // Cheminės technologijos ir metalurgijos universiteto žurnalas, 2006, Nr. 4, v.41, p.377-390 ; J. W. Seo; A. Magrezas; M.Milas; K.Lee, V Lukovac, L.Forro // Kataliziškai auginami anglies nanovamzdeliai: nuo sintezės iki toksiškumo // Fizikos žurnalas D (Applied Physics), 2007, v.40, n.6]. Dėl šios priežasties jų pagalba gautuose MWCNT yra naudojamų katalizatorių metalų priemaišų. Tuo pačiu metu daugeliui programų, pavyzdžiui, kuriant elektrocheminius prietaisus ir gaminant įvairias paskirties kompozicines medžiagas, reikalingi didelio grynumo MWCNT, kuriuose nėra metalinių priemaišų. Didelio grynumo MWCNT visų pirma būtini gaminant kompozicines medžiagas, kurios yra apdorojamos aukštoje temperatūroje. Taip yra dėl to, kad neorganiniai intarpai gali būti vietinio grafitinimo katalizatoriai ir dėl to inicijuoti naujų anglies struktūros defektų susidarymą [A.S. Fialkov // Anglis, tarpsluoksniai junginiai ir jo pagrindu pagaminti kompozitai, Aspect Press, Maskva , 1997, 588-602]. Katalizinio metalo dalelių veikimo mechanizmas pagrįstas metalo atomų sąveika su anglies matrica, susidarant metalo-anglies dalelėms, o vėliau išleidžiant naujas į grafitą panašias formacijas, kurios gali sunaikinti kompozito struktūrą. Todėl net ir mažos metalo priemaišos gali sutrikdyti kompozicinės medžiagos homogeniškumą ir morfologiją.
Labiausiai paplitę katalizinių anglies nanovamzdelių valymo nuo priemaišų metodai yra pagrįsti jų apdorojimu skirtingos koncentracijos rūgščių mišiniu kaitinant, taip pat kartu su mikrobangų spinduliuote. Tačiau pagrindinis šių metodų trūkumas yra anglies nanovamzdelių sienelių sunaikinimas dėl stiprių rūgščių poveikio, taip pat daugybės nepageidaujamų deguonies turinčių funkcinių grupių atsiradimas ant jų paviršiaus, o tai apsunkina tai. parinkti sąlygas apdorojimui rūgštimi. Šiuo atveju gautų MWCNT grynumas yra 96–98 masės %, nes katalizatoriaus metalinės dalelės yra įdėtos į vidinę anglies nanovamzdelio ertmę ir yra nepasiekiamos reagentams.
Padidinti MWCNT grynumą galima kaitinant juos aukštesnėje nei 1500 °C temperatūroje, išlaikant anglies nanovamzdelių struktūrą ir morfologiją. Šie metodai leidžia ne tik išvalyti MWCNT nuo metalinių priemaišų, bet ir prisideda prie anglies nanovamzdelių struktūros sutvarkymo dėl mažų defektų atkaitinimo, padidina Youngo modulį, sumažina atstumą tarp grafito sluoksnių, taip pat pašalina paviršiaus deguonį. kuris vėliau užtikrina tolygesnę anglies nanovamzdelių dispersiją polimerinėje matricoje, būtina norint gauti aukštesnės kokybės kompozitines medžiagas. Kalcinuojant apie 3000°C temperatūroje susidaro papildomi anglies nanovamzdelių struktūros defektai ir atsiranda esamų defektų. Pažymėtina, kad anglies nanovamzdelių, gautų taikant aprašytus metodus, grynumas yra ne didesnis kaip 99,9%.
Išradimas išsprendžia daugiasienių anglies nanovamzdelių, gautų katalizinės angliavandenilių pirolizės būdu, valymo metodą, beveik visiškai pašalinant katalizatoriaus priemaišas (iki 1 ppm), taip pat kitų junginių priemaišas, kurios gali atsirasti apdorojant MWCNT rūgštimi. , išlaikant anglies nanovamzdelių morfologiją.
Problema išspręsta daugiasienių anglies nanovamzdelių, gautų angliavandenilių pirolizės būdu, gryninimo būdu, naudojant katalizatorius, kurių aktyvieji komponentai yra Fe, Co, Ni, Mo, Mn ir jų deriniai, taip pat kaip nešikliai Al 2 O 3, MgO, CaCO 3 , kuris atliekamas verdant druskos rūgšties tirpale, toliau plaunant vandeniu, po apdorojimo rūgštimi kaitinama didelio grynumo argono srove krosnyje su temperatūros gradientu, darbo zonoje temperatūra 2200 -2800 ° C, krosnies kraštuose temperatūra yra 900-1000 ° C, dėl to gaunami daugiasieniai nanovamzdeliai, kurių metalo priemaišų kiekis yra mažesnis nei 1 ppm.
Šildymas atliekamas ampulėse, pagamintose iš didelio grynumo grafito.
Kaitinimo laikas argono sraute yra, pavyzdžiui, 15-60 minučių.
Naudojamas 99,999 % grynumo argonas.
Esminis metodo skirtumas yra krosnies su temperatūros gradientu naudojimas MWCNT valymui, kai karštoje zonoje išgaruoja metalo priemaišos, o šaltoje zonoje susidaro metalo dalelių kondensacija mažų rutuliukų pavidalu. Metalo garų perkėlimui atlikti naudojamas didelio grynumo argono srautas (kurio grynumas 99,999%), kurio dujų srautas yra apie 20 l/h. Orkaitėje sumontuoti specialūs sandarikliai, kurie apsaugo nuo atmosferos dujų poveikio.
Išankstinė vandens ir oro deguonies desorbcija nuo MWCNT ir grafito ampulės, kurioje mėginys dedamas į grafito krosnį, paviršiaus, taip pat pučiant juos didelio grynumo argonu, leidžia išvengti poveikio išvalytam. MWCNT dujų transportavimo reakcijų, susijusių su vandenilio ir deguonies turinčiomis dujomis, dėl kurių anglis persiskirsto tarp labai išsklaidytų formų ir gerai susikristalizavusių grafito formų, turinčių mažą paviršiaus energiją (V.L.Kuznecovas, Yu.V.Butenko, V.I.Zaikovskii ir A.L. Chuvilin // Anglies perskirstymo procesai nanoangliavandeniuose // Carbon 42 (2004) p.1057-1061 A.S. Fialkov // Procesai ir įrenginiai miltelinių anglies-grafito medžiagų gamybai, Aspect Press, 2008, p. 510-514; ).
Kataliziniai daugiasieniai anglies nanovamzdeliai gaminami angliavandenilių pirolizės būdu, naudojant katalizatorius, kurių aktyvieji komponentai yra Fe, Co, Ni, Mo ir jų deriniai, o kaip nešikliai – Al 2 O 3, MgO, CaCO 3 (T.W. Ebbesen // Anglies nanovamzdeliai: paruošimas ir savybės, CRC Press, 1997, p.139-161; V.Shanov, Yeo-Heung Yun, M.J.Schuiz // Anglies nanovamzdelių medžiagų sintezė ir charakteristika (apžvalga) // Cheminės technologijos ir metalurgijos universiteto žurnalas, 2006 m. , nr. 4, p.377-390; K.Lee, V. Lukovac, L.Forro , 2007, t. 40, n. 6).
Siūlomu metodu, siekiant parodyti galimybę pašalinti tipiškiausių metalų priemaišas, išvalomas dviejų tipų MWCNT, susintetintas Fe-Co/Al 2 O 3 ir Fe-Co/CaCO 3 katalizatoriais, kurių sudėtyje yra Fe ir Co. santykiu 2:1. Viena iš svarbiausių šių katalizatorių naudojimo ypatybių yra tai, kad susintetintuose mėginiuose nėra kitų anglies fazių, išskyrus MWCNT. Esant Fe-Co/Al 2 O 3 katalizatoriui, gaunami MWCNT, kurių vidutinis išorinis skersmuo yra 7-10 nm, o esant Fe-Co/CaCO 3 katalizatoriui, gaunami MWCNT, kurių vidutinis išorinis skersmuo yra didelis. 22-25 nm.
Gauti mėginiai tiriami transmisijos elektronų mikroskopu, rentgeno spektrinės fluorescencijos metodu ARL - Advant "x analizatoriumi su rentgeno vamzdelio Rh anodu (matavimo tikslumas ± 10%), o mėginių savitasis paviršius nustatomas. matuojamas BET metodu.
Remiantis TEM duomenimis, pradinius mėginius sudaro labai defektuoti MWCNT (1, 6 pav.). Vamzdžių fragmentai lenkimų srityje turi lygius, suapvalintus kontūrus; Vamzdžių paviršiuje pastebima daug į fullereną panašių darinių. Į grafeną panašūs nanovamzdelių sluoksniai pasižymi daugybe defektų (lūžių, Y formos jungčių ir kt.). Kai kuriose vamzdžių dalyse sluoksnių skaičius skirtingose MWCNT pusėse skiriasi. Pastarasis rodo atvirų išplėstų grafeno sluoksnių, daugiausia lokalizuotų vamzdžių viduje, buvimą. Įkaitintų MWCNT elektronų mikroskopiniai vaizdai didelio grynumo argono sraute esant 2200°C temperatūrai – 2 pav., 7; 2600°C – 3 pav., 8; 2800°C – 4, 5, 9 pav. Mėginiuose po kalcinavimo pastebimi lygesni MWCNT su mažiau vidinių ir paviršinių defektų. Vamzdžiai susideda iš tiesių, šimtų nanometrų dydžio fragmentų su aiškiai apibrėžtais įlinkiais. Didėjant deginimo temperatūrai, didėja tiesių atkarpų matmenys. Grafeno sluoksnių skaičius vamzdžių sienelėse skirtingose pusėse tampa vienodas, todėl MWCNT struktūra tampa tvarkingesnė. Vamzdžių vidinis paviršius taip pat patiria didelių pokyčių – pašalinamos metalo dalelės, vidinės pertvaros tampa tvarkingesnės. Be to, vamzdelių galai užsidaro – vamzdelius sudarantys grafeno sluoksniai užsidaro.
Kalcinuojant mėginius 2800°C temperatūroje susidaro nedidelis skaičius išsiplėtusių cilindrinių anglies darinių, susidedančių iš vienas į kitą įterptų grafeno sluoksnių, kurie gali būti susiję su anglies pernešimu trumpais atstumais dėl padidėjusio grafito garų slėgio .
Pradinių ir kaitintų MWCNT mėginių tyrimai rentgeno fluorescencijos metodu parodė, kad pakaitinus daugiasienių anglies nanovamzdelių mėginius 2200-2800°C temperatūroje priemaišų kiekis mažėja, ką patvirtina ir transmisijos elektronų mikroskopija. . MWCNT mėginių kaitinimas 2800°C temperatūroje užtikrina beveik visišką priemaišų pašalinimą iš mėginių. Tokiu atveju pašalinamos ne tik katalizatoriaus metalų priemaišos, bet ir kitų elementų priemaišos, kurios patenka į MWCNT apdorojimo rūgštimi ir plovimo etapais. Pradiniuose mėginiuose geležies ir kobalto santykis yra maždaug 2:1, o tai atitinka pradinę katalizatorių sudėtį. Aliuminio kiekis pradiniuose mėgintuvėliuose, gautuose naudojant Fe-Co/Al 2 O 3 katalizatoriaus pavyzdžius, yra mažas, o tai susiję su jo pašalinimu nanovamzdelius apdorojant rūgštimi plaunant katalizatorių. Priemaišų kiekio tyrimo rentgeno spektrinės fluorescencijos metodu rezultatai pateikti 1 ir 2 lentelėse.
Specifinio paviršiaus ploto matavimas BET metodu parodė, kad kylant temperatūrai MWCNT mėginių savitasis paviršiaus plotas keičiasi nežymiai, išlaikant anglies nanovamzdelių struktūrą ir morfologiją. Remiantis TEM duomenimis, specifinio paviršiaus ploto sumažėjimas gali būti siejamas tiek su MWCNT galų uždarymu, tiek su paviršiaus defektų skaičiaus sumažėjimu. Kylant temperatūrai, galima suformuoti nedidelę padidintų cilindrinių darinių dalį su padidintu sluoksnių skaičiumi ir maždaug 2-3 ilgio ir pločio santykiu, o tai taip pat prisideda prie specifinio paviršiaus ploto sumažėjimo. Specifinio paviršiaus ploto tyrimo rezultatai pateikti 3 lentelėje.
Išradimo esmę iliustruoja šie pavyzdžiai, lentelės (1-3 lentelės) ir iliustracijos (1-9 pav.).
MWCNT mėginys (10 g), gautas pirolizės būdu etilenui esant Fe-Co/Al 2 O 3 katalizatoriui srautiniame kvarciniame reaktoriuje, esant 650-750°C temperatūrai, dedamas į grafito ampulę su 200 mm aukščio ir 45 mm išorinio skersmens ir uždarytas dangteliu (10 mm skersmens) su skylute (1–2 mm skersmens). Grafitinė ampulė įdedama į kvarcinę ampulę, o oras vakuuminiu siurbliu išpumpuojamas iki ne mažesnio kaip 10–3 torų slėgio, po to prapučiamas didelio grynumo argonu (99,999 % grynumo), iš pradžių kambario temperatūroje ir po to. 200-230°C temperatūroje pašalinti deguonies turinčias paviršiaus grupes ir vandens pėdsakus. Mėginys 1 valandą kaitinamas 2200°C temperatūroje didelio grynumo argono sraute (~20 l/h) krosnyje su temperatūros gradientu, kur darbo zonoje palaikoma 2200°C temperatūra. , o krosnies kraštuose temperatūra 900-1000°C SU. Kaitinant iš MWCNT išgaruojantys metalo atomai argono srautu pašalinami iš karštosios krosnies dalies į šaltąją dalį, kur metalas nusėda mažų rutuliukų pavidalu.
Po kalcinavimo gauta medžiaga tiriama transmisijos elektronų mikroskopu ir rentgeno fluorescencijos metodu. 1 paveiksle pavaizduoti elektroniniai mikroskopiniai originalių MWCNT vaizdai, o 2 paveiksle pavaizduoti MWNT, įkaitinti iki 2200 °C. Naudojant BET metodą, MWCNT mėginių specifinis paviršiaus plotas nustatomas prieš ir po kalcinavimo. Gauti duomenys rodo, kad po kalcinavimo mėginių specifinis paviršiaus plotas šiek tiek sumažėjo, palyginti su pradinio MWCNT mėginio specifiniu paviršiaus plotu.
Panašus į 1 pavyzdį, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad originalių MWCNT mėginys 1 valandą kaitinamas 2600°C aukšto grynumo argono sraute (~20 l/h) krosnyje su temperatūros gradientu, kur temperatūra darbo zonoje palaikoma 2600°C, prie Krosnies pakraščių temperatūra 900-1000°C. Šildomų MWCNT vaizdai, gauti naudojant perdavimo elektronų mikroskopiją, parodyti 3 paveiksle. Didelės skiriamosios gebos TEM vaizdai rodo uždarus nanovamzdelių galus.
Panašus į 1 pavyzdį, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad originalių MWCNT mėginys 15 minučių kaitinamas 2800°C aukšto grynumo argono sraute (~20 l/h) krosnyje su temperatūros gradientu, kur temperatūra darbo zonoje palaikoma 2800°C, prie Krosnies pakraščių temperatūra 900-1000°C. Šildomų MWCNT vaizdai, gauti naudojant perdavimo elektronų mikroskopiją, parodyti 4 paveiksle.
Deginant 2800°C temperatūroje susidaro nedidelis skaičius išsiplėtusių cilindrinių darinių, kurių sluoksnių skaičius padidėja, o ilgio ir pločio santykis yra maždaug 2–3. Šie padidinimai matomi TEM vaizduose (5 pav.).
Panašus į 1 pavyzdį, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad originalūs MWCNT buvo gauti dalyvaujant Fe-Co/CaCO3 katalizatoriui. Originalių MWCNT ir MWCNT, kaitintų 2200 ° C temperatūroje, vaizdai, gauti naudojant perdavimo elektronų mikroskopiją, parodyti atitinkamai 6 ir 7 paveiksluose. Originalių MWCNT TEM vaizduose matyti metalo dalelės, įdėtos į vamzdžių kanalus (pažymėtos rodyklėmis).
Panašus į 4 pavyzdį, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad originalaus MWCNT mėginys buvo kaitinamas 2600 °C temperatūroje. Šildomų MWCNT perdavimo elektronų mikroskopiniai vaizdai parodyti 8 paveiksle. Didelės skiriamosios gebos TEM vaizdai rodo uždarus nanovamzdelių galus.
Panašus į 4 pavyzdį, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad originalaus MWCNT mėginys buvo kaitinamas 2800 °C temperatūroje 15 minučių. Šildomų MWCNT perdavimo elektronų mikroskopiniai vaizdai parodyti 9 paveiksle. Paveikslėliai rodo, kad susidaro nedidelė dalis išsiplėtimų.
| 1 lentelė | ||||
| Rentgeno spindulių spektrinės fluorescencijos duomenys apie priemaišų kiekį MWCNT po kaitinimo, gauti naudojant Fe-Co/Al 2 O 3 katalizatorių | ||||
| Elementas | ||||
| Pradiniai MWCNT | MWCNT_2200°C 1 pavyzdys | MWCNT_2600°C 2 pavyzdys | MWCNT_2800°C 3 pavyzdys | |
| Fe | 0.136 | 0.008 | pėdsakų | pėdsakų |
| Co | 0.0627 | pėdsakų | pėdsakų | pėdsakų |
| Al | 0.0050 | pėdsakų | pėdsakų | pėdsakų |
| Sa | pėdsakų | 0.0028 | 0.0014 | pėdsakų |
| Ni | 0.0004 | pėdsakų | pėdsakų | pėdsakų |
| Si | 0.0083 | 0.0076 | pėdsakų | Nr |
| Ti | Nr | 0.0033 | pėdsakų | pėdsakų |
| S | pėdsakų | Nr | Nr | Nr |
| Cl | 0.111 | Nr | Nr | Nr |
| Sn | 0.001 | 0.001 | pėdsakų | pėdsakų |
| Ba | Nr | Nr | Nr | Nr |
| Cu | 0.001 | 0.001 | pėdsakų | pėdsakų |
| pėdsakai – elementų kiekis mažesnis nei 1 ppm |
| 2 lentelė | ||||
| Rentgeno spindulių spektrinės fluorescencijos metodo duomenys apie priemaišų kiekį MWCNT po kaitinimo, gauti naudojant Fe-Co/CaCO 3 katalizatorių | ||||
| Elementas | Priemaišų kiekio įvertinimas, masės % | |||
| Pradiniai MWCNT | MWCNT_2200°C 4 pavyzdys | MWCNT_2600°C 5 pavyzdys | MWCNT_2800°C 6 pavyzdys | |
| Fe | 0.212 | 0.0011 | 0.0014 | 0.001 |
| Co | 0.0936 | pėdsakų | pėdsakų | pėdsakų |
| Al | 0.0048 | pėdsakų | pėdsakų | pėdsakų |
| Sa | 0.0035 | 0.005 | 0.0036 | pėdsakų |
| Ni | 0.0003 | pėdsakų | pėdsakų | pėdsakų |
| Si | 0.0080 | 0.0169 | 0.0098 | pėdsakų |
| Ti | Nr | pėdsakų | 0.0021 | 0.0005 |
| S | 0.002 | Nr | Nr | Nr |
| Cl | 0.078 | Nr | Nr | Nr |
| Sn | 0.0005 | pėdsakų | pėdsakų | pėdsakų |
| Ba | 0.008 | Nr | Nr | Nr |
| Cu | pėdsakų | pėdsakų | pėdsakų | pėdsakų |
| 3 lentelė | |
| Pradinių ir šildomų MWCNT mėginių specifinis paviršiaus plotas BET | |
| MWCNT pavyzdys (katalizatorius) | Ssp., m 2 /g (±2,5 %) |
| MWCNT_ref (Fe-Co/Al 2 O 3) | 390 |
| MWCNT_2200 (Fe-Co/Al 2 O 3) 1 pavyzdys | 328 |
| MWCNT_2600 (Fe-Co/Al 2 O 3) 2 pavyzdys | 302 |
| MWCNT_2800 (Fe-Co/Al 2 O 3) 3 pavyzdys | 304 |
| MWCNT_ref (Fe-Co / CaCO 3) | 140 |
| MWCNT_2200 (Fe-Co/CaCO 3) 4 pavyzdys | 134 |
| MWCNT_2600 (Fe-Co/CaCO 3) pavyzdys5 | 140 |
| MWCNT_2800 (Fe-Co/CaCO 3) 6 pavyzdys | 134 |
Figūrų antraštės:
1 pav. Pradinio MWCNT mėginio, susintetinto ant Fe-Co/Al 2 O 3 katalizatoriaus, elektroniniai mikroskopiniai vaizdai. Kairėje yra mažos raiškos TEM vaizdas. Dešinėje apačioje yra didelės raiškos TEM vaizdas, kuriame rodomos sugedusios MWCNT sienos.
2 pav. MWCNT mėginio, pašildyto 2200 °C temperatūroje, sintezuoto Fe-Co/Al 2 O 3 katalizatoriumi, elektroniniai mikroskopiniai vaizdai. Kairėje yra mažos raiškos TEM vaizdas. Dešinėje, apačioje – didelės raiškos TEM vaizdas. MWCNT struktūra tampa mažiau defektuota, o nanovamzdelių galai užsidaro.
3 pav. MWCNT mėginio, pašildyto 2600 °C temperatūroje, sintezuoto Fe-Co/Al 2 O 3 katalizatoriumi, elektroniniai mikroskopiniai vaizdai. Kairėje yra mažos raiškos TEM vaizdas. Dešinėje apačioje yra didelės raiškos TEM vaizdas, kuriame rodomi uždari MWCNT galai. MWCNT sienos tampa lygesnės ir mažiau pažeistos.
4 pav. MWCNT mėginio, pašildyto 2800 °C temperatūroje, sintezuoto Fe-Co/Al 2 O 3 katalizatoriumi, elektroniniai mikroskopiniai vaizdai. Kairėje yra mažos raiškos TEM vaizdas. Dešinėje apačioje yra didelės raiškos TEM vaizdas, kuriame matomos mažiau defektinės MWCNT sienos.
5 pav. MWCNT mėginio, pašildyto 2800 °C temperatūroje, elektroniniai mikroskopiniai vaizdai, susintetinti ant Fe-Co/Al 2 O 3 katalizatoriaus, rodantys MWCNT struktūros defektus, kurie yra cilindriniai dariniai, susidedantys iš kiekvieno viduje įdėtų grafeno sluoksnių. kiti, kurie rodomi dešiniajame viršutiniame didelės raiškos TEM paveikslėlyje.
6 pav. Pradinio MWCNT mėginio, susintetinto Fe-Co/CaCO 3 katalizatoriuje, elektroniniai mikroskopiniai vaizdai. Kairėje yra mažos raiškos TEM vaizdas. Dešinėje apačioje yra didelės raiškos TEM vaizdas, kuriame matyti nelygus MWCNT paviršius. Dešinėje, viršuje, matomos katalizatoriaus dalelės, įdėtos į anglies nanovamzdelio kanalus (pažymėtos rodyklėmis).
7 pav. MWCNT mėginio, pašildyto 2200 °C temperatūroje, elektroniniai mikroskopiniai vaizdai, susintetinti Fe-Co/CaCO 3 katalizatoriumi. Kairėje yra mažos raiškos TEM vaizdas. Dešinėje apačioje yra didelės raiškos TEM vaizdas, kuriame matyti lygesnės MWCNT sienos.
8 pav. MWCNT mėginio, pašildyto 2600 °C temperatūroje, elektroniniai mikroskopiniai vaizdai, susintetinti Fe-Co/CaCO 3 katalizatoriumi. Kairėje yra mažos raiškos TEM vaizdas. Apačioje dešinėje yra didelės raiškos TEM vaizdas, kuriame rodomi uždari MWCNT galai. MWCNT sienos tampa lygesnės ir mažiau pažeistos.
9 pav. MWCNT mėginio, pašildyto 2800 °C temperatūroje, elektroniniai mikroskopiniai vaizdai, susintetinti Fe-Co/CaCO 3 katalizatoriumi. Kairėje yra mažos raiškos TEM vaizdas. Dešinėje, apačioje – didelės raiškos TEM vaizdas.
1. Daugiasienių anglies nanovamzdelių, gautų angliavandenilių pirolizės būdu, gryninimo būdas, naudojant katalizatorius, kurių aktyvieji komponentai yra Fe, Co, Ni, Mo, Mn ir jų deriniai, taip pat Al 2 O 3, MgO, CaCO 3 kaip nešikliai, virinant. druskos rūgšties tirpale, toliau plaunant vandeniu, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad po apdorojimo rūgštimi kaitinama didelio grynumo argono srove krosnyje su temperatūros gradientu, kur darbo zonoje temperatūra yra 2200- 2800°C, krosnies kraštuose temperatūra yra 900-1000°C, todėl susidaro daugiasieniai nanovamzdeliai, kurių metalo priemaišų kiekis yra mažesnis nei 1 ppm.
2. Būdas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad kaitinimas atliekamas ampulėse, pagamintose iš didelio grynumo grafito.
Nė vienas iš įprastų CNT gavimo metodų neleidžia jų išskirti gryna forma. NT priemaišos gali būti fullerenai, amorfinė anglis, grafitizuotos dalelės ir katalizatoriaus dalelės.
Naudojamos trys CNT gryninimo metodų grupės:
1) destruktyvus,
2) nedestruktyvus,
3) kombinuotas.
Destruktyvus metoduose naudojamos cheminės reakcijos, kurios gali būti oksidacinės arba redukcinės ir yra pagrįstos skirtingų anglies formų reaktyvumo skirtumais. Oksidacijai naudojami arba oksiduojančių medžiagų tirpalai, arba dujiniai reagentai, o redukcijai – vandenilis. Metodai leidžia išskirti didelio grynumo CNT, tačiau yra susiję su vamzdžių nuostoliais.
Nedestruktyvus metodai apima ekstrakciją, flokuliaciją ir selektyvų nusodinimą, kryžminį mikrofiltravimą, dydžio išskyrimo chromatografiją, elektroforezę ir selektyvią reakciją su organiniais polimerais. Paprastai šie metodai yra mažo produktyvumo ir neveiksmingi.
Tuo pačiu metu buvo įrodyta, kad išvalius SWCNT, gautus lazeriniu terminiu metodu, filtruojant su ultragarsu, galima gauti medžiagą, kurios grynumas yra didesnis nei 90%, o išeiga yra 30–70% (priklausomai nuo pradinių suodžių grynumas).
Ekstrahavimas naudojamas tik fullerenams pašalinti, dideliais kiekiais jie ekstrahuojami anglies disulfidu ar kitais organiniais tirpikliais.
Didžioji katalizatoriaus ir katalizatoriaus nešiklio dalis pašalinama plaunant sieros ir azoto rūgštimis bei jų mišiniais. Jei katalizatoriaus nešiklis yra silikagelis, kvarcas arba ceolitai, naudojami vandenilio fluorido arba šarmų tirpalai. Aliuminio oksidui pašalinti naudojami koncentruoti šarmų tirpalai. Katalizatoriaus metalai, užsikimšę CNT ertmėje arba apsupti grafito apvalkalu, nepašalinami.
Amorfinė anglis pašalinama oksiduojant arba redukuojant. Redukcijai naudojamas ne žemesnės kaip 700 o C temperatūros vandenilis, oksidacijai naudojamas oras, deguonis, ozonas, anglies dioksidas arba vandeniniai oksidatorių tirpalai. Oksidacija ore pradeda vykti 450 o C temperatūroje. Šiuo atveju dalis CNT (daugiausia mažiausio skersmens) visiškai oksiduojasi, o tai prisideda prie likusių vamzdelių atsidarymo ir pašalinant katalizatoriaus daleles, kurios nebuvo pašalintos. pirminis apdorojimas rūgštimi. Pastarieji pašalinami antriniu plovimu rūgštyje. Norint gauti gryniausią produktą, rūgščių ir dujų valymo operacijas galima kartoti keletą kartų, derinant tarpusavyje ir naudojant fizikinius metodus.
Kai kuriais atvejais pirminis rūgšties gryninimas atliekamas dviem etapais, pirmiausia naudojant praskiestą rūgštį (kad būtų pašalinta didžioji dalis katalizatoriaus ir atramos), o po to - koncentruota rūgštis (pašalinti amorfinę anglį ir išvalyti CNT paviršių) su tarpinėmis filtravimo ir plovimo operacijomis. .
Kadangi metalo oksido dalelės katalizuoja CNT oksidaciją ir sumažina išgryninto produkto išeigą, naudojama papildoma pasyvavimo operacija, jas paverčiant fluoridais naudojant SF 6 ar kitus reagentus. Tokiu atveju padidėja išgrynintų CNT išeiga.
Rice universitete (JAV) buvo sukurti keli metodai, skirti medžiagoms, pagamintoms lanko ir lazeriniais terminiais metodais, valyti. „Senasis“ metodas apėmė oksidacijos operacijas 5 M HNO 3 (24 val., 96 o C), neutralizavimą NaOH, dispergavimą 1% vandeniniame Triton X-100 tirpale ir kryžminio srauto filtravimą. Jo trūkumai yra bendras Ni ir Co hidroksidų nusodinimas kartu su CNT, sunkumai pašalinant grafitizuotas daleles ir organines Na druskas, putojimas džiovinant vakuume, mažas filtravimo efektyvumas, ilgas proceso laikas ir mažas išvalytų vamzdžių išeiga.
„Naujas“ metodas apėmė oksidaciją 5 M HNO 3 6 valandas, centrifugavimą, nuosėdų plovimą ir neutralizavimą NaOH, HNO 3 pakartotinį oksidavimą pakartotinai centrifuguojant ir neutralizuojant, plovimą metanoliu, dispersiją toluene ir filtravimą. Šis metodas taip pat neleidžia pasiekti visiško išgryninimo, nors CNT išeiga (50–90%) yra pranašesnė už „senąjį“ metodą.
Naudojant organinius tirpiklius iš karto po virinimo rūgštyje, galima pašalinti 18–20 % priemaišų, iš kurių pusė yra fullerenai, o kita pusė – tirpūs angliavandeniliai.
Lankiniu metodu gauti SWCNT (5 % katalizatorius, susidedantis iš Ni, Co ir FeS santykiu 1:1:1) pirmiausia buvo oksiduojami ore 470 o C temperatūroje 50 minučių sukamoje laboratorinėje krosnyje, tada pašalinamos metalinės priemaišos. pakartotinai plaunant 6 M HCl, visiškai pakitus tirpalo spalva. SWCNT, turinčių mažiau nei 1 masės % nelakių liekanų, išeiga buvo 25–30%.
Buvo sukurtas lankinių SWCNT valymo procesas, kuris, be oksidacijos ore ir virinimo HNO 3 , apima apdorojimą HCl tirpalu ir neutralizavimą, ultragarso dispersiją dimetilformamide arba N-metil-2-pirolidonas, po to centrifuguojama, išgarinamas tirpiklis ir atkaitinimas vakuume 1100 o C temperatūroje.
Pirolizinių SWCNT ir MWCNT valymas aprašomas dviem etapais: ilgalaikiu (12 valandų) ultragarsu 60 o C temperatūroje H 2 O 2 tirpale anglies priemaišoms pašalinti pirmajame etape ir 6 valandas HCl, kad pašalintų. Ni priemaišos antroje. Po kiekvieno etapo buvo atliktas centrifugavimas ir filtravimas.
Norint išvalyti SWCNT, gautus HiPco metodu ir turinčius iki 30 masės % Fe, taip pat aprašytas dviejų pakopų metodas, apimantis oksidaciją ore (ypač mikrobangų krosnelėje) ir vėlesnį plovimą koncentruota HCl.
Dar didesnis etapų skaičius (dispersija karštame vandenyje ultragarso apdorojimo metu, sąveika su bromo vandeniu 90 o C temperatūroje 3 val., oksidacija ore 520 o C temperatūroje 45 min., apdorojimas 5 M HCl kambario temperatūroje). MWCNT, gauti pirolizės būdu iš feroceno tirpalo benzene ir kurių sudėtyje yra iki 32 masės % Fe. Po plovimo ir džiovinimo 150°C temperatūroje 12 valandų Fe kiekis sumažėjo iki kelių procentų, o išeiga iki 50%.
Oksidacija dujomis gali sukelti NT ir NV poringumą, o ilgai verdant azoto rūgštyje šios medžiagos gali visiškai suirti.
Su sąlyginai dideliu silicio kiekiu (lazerinis terminis metodas) pirminis produktas kaitinamas koncentruotoje vandenilio fluorido rūgštyje, po to pridedama HNO 3 ir dar 45 minutes apdorojama 35–40 o C temperatūroje. Operacijos apima labai ėsdinančių terpių naudojimą ir nuodingų dujų išleidimą.
Norint pašalinti ceolitą, naudojamą SWCNT gamyboje katalizine etanolio garų pirolize, ore oksiduotas produktas trumpai (5 min.) apdorojamas ultragarsu apdorojamas vandeniniu NaOH tirpalu (6 N), o likučiai surenkami ant filtras plaunamas HCl (6 N).
SWCNT atskyrimas nuo kitų anglies ir metalo dalelių priemaišų gali būti atliekamas ultragarsiniu vamzdelių dispersiškumu polimetilmetakrilato tirpale monochlorbenzene, po to filtruojant.
Norint išvalyti SWCNT, dažnai rekomenduojama naudoti jų funkcionalizavimą. Visų pirma aprašomas metodas, apimantis tris nuoseklias operacijas: funkcionalizavimą naudojant azometino ilidą dimetilformamide (žr. 4.5 skyrių), lėtą funkcionalizuotų SWCNT nusodinimą į vamzdelių tirpalą chloroforme pridedant dietilo eterio, funkcinių grupių pašalinimą ir SWCNT regeneravimą. kaitinant 350 o C temperatūroje ir atkaitinant 900 o C. Pirmajame etape pašalinamos metalo dalelės, antroje - amorfinė anglis. Šiuo metodu išvalytuose HiPco vamzdeliuose Fe kiekis sumažinamas iki 0,4 masės %.
Sąveika su DNR gali būti naudojama metaliniams SWCNT atskirti nuo puslaidininkių. Laboratorijose yra platus skirtingų viengrandžių DNR spektras, kurį parinkus galima pasiekti selektyvią gaubtą ir vėlesnį pradinio mišinio atskyrimą į frakcijas chromatografiniu metodu.
Fizikiniai metodai apima pradinio mišinio perkėlimą į vandeninį tirpalą, naudojant ilgalaikį ultragarsinį apdorojimą, esant paviršinio aktyvumo medžiagoms arba apgaubiančius tirpius polimerus, mikrofiltravimą, centrifugavimą, didelio efektyvumo skysčių chromatografiją, gelio pralaidumo chromatografiją. Cwitterion skiepijimas buvo naudojamas norint gauti dispersijas, tinkamas chromatografijai (žr. 4.5 skyrių).
Tikimasi, kad sukūrus chromatografinius metodus, bus galima atskirti CNT ne tik pagal ilgį ir skersmenį, bet ir pagal chiralumą bei atskirti metalinių savybių turinčius vamzdelius nuo puslaidininkinio laidumo vamzdžių. Norint atskirti skirtingas elektronines savybes turinčius SWCNT, buvo išbandytas selektyvus metalinių vamzdelių nusodinimas oktadecilamino tirpale tetrahidrofurane (aminas stipriau adsorbuojamas ant puslaidininkinių vamzdelių ir palieka juos tirpale).
Neardomųjų metodų panaudojimo CNT gryninimui ir atskyrimui pagal dydį pavyzdys taip pat yra Šveicarijos ir JAV mokslininkų sukurtas metodas. Pradinė medžiaga, gauta lanko metodu, buvo perkelta į vandeninį koloidinį tirpalą, naudojant natrio dodecilsulfatą (paviršinio aktyvumo medžiagos koncentracija buvo šiek tiek didesnė už kritinę micelių koncentraciją). Didėjant aktyviosios paviršiaus medžiagos koncentracijai, buvo gauti CNT agregatai, kurie intensyviai filtruojami ultragarsu per bėgių membranas, kurių poros buvo 0, 4 μm. Po pakartotinio dispergavimo vandenyje operacija buvo pakartota keletą kartų, kad būtų pasiektas norimas CNT gryninimo laipsnis.
Kapiliarinės elektroforezės metodas yra mažai produktyvus, nors leidžia ne tik išvalyti CNT, bet ir atskirti juos pagal ilgį ar skersmenį. Atskyrimo metu naudojamos dispersijos, stabilizuotos paviršinio aktyvumo medžiagomis arba tirpiais polimerais. Apie CNT gryninimą ir atskyrimą dielektroforezės būdu žr. 4.13.
Sukurtas neardomasis metodas išgrynintam ir sutrumpintam CNT atskirti į frakcijas su skirtingo dydžio vamzdeliais kryžminiuose (asimetriškuose) skysčio srautuose.
Katalizatoriaus metalo dalelėms padidinti atkaitinimas atliekamas vandenilyje 1200 o C temperatūroje, po to metalai ištirpinami rūgštyje. Visiškai pašalinti katalizatoriaus metalus ir katalizatoriaus nešiklius, neatsižvelgiant į jų formą mišinyje, galima atlikti aukštos temperatūros (1500–1800 o C) vakuuminiu atkaitinimu. Tokiu atveju taip pat pašalinami fullerenai, CNT padidėja skersmuo ir tampa mažiau defektų. Norint visiškai atkaitinti defektus, reikalinga aukštesnė nei 2500 o C temperatūra, siekiant padidinti MWCNT atsparumą rūgštingumui.
Norint pašalinti angliavandenilių pirolizės metu susidariusias priemaišas iš anglies pluošto, rekomenduojama užšaldyti skystu azotu.
Vieno ar kito valymo varianto pasirinkimas priklauso nuo valomo mišinio sudėties, NT struktūros ir morfologijos, priemaišų kiekio ir galutiniam produktui keliamų reikalavimų. Pirolitiniuose CNT ir ypač CNF yra mažiau arba visai nėra amorfinės anglies.
Vertinant CNT grynumą, didžiausias sunkumas yra amorfinės anglies priemaišų kiekio nustatymas. Ramano spektroskopija (žr. 8 skyrių) pateikia tik kokybinį vaizdą. Patikimesnis, bet kartu ir daug darbo reikalaujantis metodas yra spektroskopija artimoje IR srityje (Itkis, 2003).
JAV buvo sukurtas SWCNT grynumo standartas.
reakcija sieros rūgštyje, kurioje yra chromo anhidrido. Tačiau būtina iš anksto pašalinti didelę nanodeimantų granulių dalį. Literatūra 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. Inroad to modifikation of detonation nanodiamond // Diamond and Related Materials, 2006, Vol. 15, p. 296-299 2. Pat. 5-10695, Japonija (A), Chromavimo tirpalas, Tokijas Daiyamondo Kogu Seisakusho K.K., 1993-04-27 3. Dolmatov, V.Yu. Itin smulkūs detonacijos sintezės deimantai kaip naujos sudėtinių metalo-deimantinių galvaninių dangų klasės pagrindas / V.Yu, G.K.Burkat // Superhard medžiagos, 2000, T. 1.- P. 84-94 4. Gregory R. Flokuliacija ir sedimentacija – pagrindiniai principai // Spec. Chem., 1991, t. 11, Nr. 6, p. 426-430 UDC 661.66 N.Yu. Biryukova1, A.N Kovalenko1, S.Yu. Tsareva1, L.D. Iskhakova2, E.V. Žarikovo1 Rusijos chemijos-technologijos universitetas pavadintas. DI. Mendelejevas, Maskva, Rusija Skaidulinės optikos mokslinis centras RAS, Maskva, Rusija 1 2 ANGLIES NANOTAVIMŲ VALYMAS BENZENO KATALITINĖS PIROLIZĖS METODAIS Šiame darbe pateikiami daugiasienių nanovamzdelių gryninimo ir atskyrimo fizikiniais ir atskyrimo eksperimentinių tyrimų rezultatai. Pateikiami cheminiai metodai. Kiekvieno etapo efektyvumas buvo kontroliuojamas tiriant pirolizės produktų morfologines charakteristikas. Straipsnyje pateikiami daugiasienių anglies nanovamzdelių gryninimo ir atskyrimo fizikiniais ir cheminiais metodais eksperimentinių tyrimų rezultatai. Kiekvieno gryninimo etapo efektyvumas buvo stebimas pagal pirolizės produktų morfologinių charakteristikų pokyčius. Angliavandenilių katalizinės pirolizės metodas yra vienas perspektyviausių anglies nanovamzdelių sintezės metodų. Metodas leidžia gauti vienasienius, daugiasienius nanovamzdelius, orientuotas anglies nanostruktūrų matricas su atitinkamu sintezės parametrų organizavimu. Tuo pačiu metu produkte, gautame pirolizės būdu anglies turinčius junginius, kartu su nanovamzdeliais, yra daug priemaišų, tokių kaip katalizatoriaus dalelės, amorfinė anglis, fullerenai ir kt. Šioms priemaišoms pašalinti dažniausiai naudojami fizikiniai metodai ( centrifugavimas, ultragarsas, filtravimas) kartu su cheminėmis medžiagomis (oksidacija dujose arba skystoje terpėje aukštesnėje temperatūroje). Darbe išbandyta kombinuota daugiasienių nanovamzdelių valymo ir atskyrimo nuo šalutinių produktų technika, nustatytas įvairių reagentų efektyvumas. Pradinė nuosėda buvo gauta katalizine benzeno pirolize, naudojant geležies pentakarbonilą kaip prekatalizatorių. Nuosėdos buvo apdorotos druskos, sieros ir azoto rūgštimis. Nanovamzdelių agregatai buvo suskaidyti ultragarsu 22 kHz dažniu. Norint atskirti nuosėdas į frakcijas, buvo naudojamas centrifugavimas (3000 aps./min., apdorojimo laikas - iki 1 valandos). Be rūgšties, nanovamzdelių terminis apdorojimas naudojant U S P E X I taip pat buvo naudojamas chemijoje ir chemijos technologijoje. XXI tomas. 2007. Nr.8 (76) 56 oras. Siekiant geriausio valymo, buvo nustatyta optimali skirtingų metodų seka. Pirolizės produktų morfologinės charakteristikos ir gryninimo laipsnis buvo stebimos skenuojančia elektronine mikroskopija, Ramano spektroskopija ir rentgeno fazių analize. UDC 541.1 E.N. Golubina, N.F. Kizimas, V.V. Moskalenko Novomoskovsko institutas Rusijos chemijos-technologijos universitete pavadintas. DI. Mendelejevas, Novomoskovskas, Rusija NANOSTRUKTŪRŲ ĮTAKA SISTEMOS VANDENS IŠTRAUKIMO POVEIKIAMS – ErCl3 – D2EHPA – HEPTANO KINETIKA Ekstrahuoto Er(III) D2EHPA tirpalo heptane kinetinė ypatybė (koncentruotas plotas, didelis jo kinetinės kreivės greitis). kaupimasis prie dinaminių paviršinių sluoksnių proceso pradžioje, ekstremalus išsidėstymas apžvelgiamas priklausomai nuo dinaminių paviršinių sluoksnių storio nuo koncentracijos santykio elemento ir tirpiklio) yra rodomas žymioje dalyje nanostruktūrų ekstrahavimo procese. Erbio (III) ekstrahavimo D2EHPA tirpalais heptane kinetinės ypatybės (kinetinių kreivių koncentracijos plynaukštės, didelis jo kaupimosi DMS greitis proceso pradžioje, ypatingas stebimo storio priklausomybės pobūdis DMS apie elemento ir ekstraktoriaus koncentracijų santykį) rodo svarbų nanostruktūrų vaidmenį ekstrahavimo procese. Žinoma, kad ekstrahavimo sistemose gali atsirasti įvairių nanoobjektų: adsorbciniai sluoksniai, micelės, miceliniai geliai, pūslelės, polimeriniai geliai, kristaliniai geliai, mikroemulsija, nanodispersija, emulsija. Visų pirma, La(OH)3-D2EHPA-dekano-vandens sistemoje susidaro organogelis, kurio erdvinė struktūra sudaryta iš lazdelės formos dalelių, kurių skersmuo ≈0,2 ir ilgis 2-3 μm. D2EHPA natrio druska, kai nėra vandens, sudaro atvirkštines cilindrines miceles, kurių spindulys yra 53 nm. Mikelės skerspjūvyje yra trys NaD2EHP molekulės, orientuotos su polinėmis grupėmis į centrą ir angliavandenilių grandinėmis į organinį tirpiklį. Tokios gardelės būsena priklauso nuo elemento pobūdžio. Esant Co(D2EHP)2, susidaro makromolekulinės struktūros, kurių agregacijos skaičius didesnis nei 225. Esant Ni(D2EHP)2 (galbūt Ni(D2EHP)2⋅2H2O), atsiranda agregatai, kurių agregacijos skaičius ≈5,2 . Tam tikromis sąlygomis galimas polimerinių molekulinių struktūrų, kurių hidrodinaminis spindulys ≈15 nm, susidarymas. Lantaną ekstrahuojant D2EHPA tirpalais, susidaro tūrinis ir struktūriškai standus lantano alkilfosfatas, dėl kurio fazių sąsajoje sumažėja lantano alkilfosfato monosluoksnio elastingumas. Nanostruktūrų susidarymas turi įtakos ir sistemos pusiausvyrinėms savybėms, ir proceso kinetikai. Retųjų žemių elementų gavybą apsunkina daugybė sąsajų procesų, tokių kaip spontaniškos paviršiaus konvekcijos (SSC) atsiradimas ir vystymasis, struktūrinio-mechaninio barjero susidarymas, fazių dispersija ir kt. Dėl cheminės reakcijos tarp D2EHPA ir elemento susidaro mažai tirpi druska, dėl kurios susidaro nanostruktūros pagal mechanizmą „nuo mažesnio iki didesnio“. Šio darbo tikslas – nustatyti nanostruktūrų įtaką erbio(III) ekstrahavimo D2EHPA tirpalais heptane kinetinėms savybėms. U S P E X I chemijoje ir chemijos technologijoje. XXI tomas. 2007. Nr.8 (76) 57
Anglies nanovamzdelių valymas
Nė vienas iš įprastų CNT gavimo metodų neleidžia jų išskirti gryna forma. NT priemaišos gali būti fullerenai, amorfinė anglis, grafitizuotos dalelės ir katalizatoriaus dalelės.
Naudojamos trys CNT gryninimo metodų grupės:
destruktyvus,
nedestruktyvus,
sujungti.
Destrukciniuose metoduose naudojamos cheminės reakcijos, kurios gali būti oksidacinės arba redukcinės ir yra pagrįstos skirtingų anglies formų reaktyvumo skirtumais. Oksidacijai naudojami arba oksiduojančių medžiagų tirpalai, arba dujiniai reagentai, o redukcijai naudojamas vandenilis. Metodai leidžia išskirti didelio grynumo CNT, tačiau yra susiję su vamzdžių nuostoliais.
Neardomieji metodai apima ekstrahavimą, flokuliaciją ir selektyvų nusodinimą, kryžminį mikrofiltravimą, dydžio išskyrimo chromatografiją, elektroforezę ir selektyvią sąveiką su organiniais polimerais. Paprastai šie metodai yra mažo produktyvumo ir neveiksmingi.
Anglies nanovamzdelių savybės
Mechaninis. Nanovamzdeliai, kaip buvo sakyta, yra itin tvirta medžiaga tiek tempimo, tiek lenkimo atžvilgiu. Be to, veikiami mechaninių įtempių, viršijančių kritinius, nanovamzdeliai ne „lūžta“, o persitvarko. Remiantis didelio stiprumo nanovamzdelių savybėmis, galima teigti, kad šiuo metu jie yra geriausia medžiaga kosminio lifto kabeliui. Kaip rodo eksperimentų ir skaitmeninių modeliavimų rezultatai, viensienio nanovamzdelio Youngo modulis pasiekia 1-5 TPa dydžius, o tai yra eilės tvarka didesnis nei plieno. Žemiau esančioje diagramoje parodytas vienasienio nanovamzdelio ir didelio stiprumo plieno palyginimas.
1 - Pagal skaičiavimus kosminio lifto kabelis turi atlaikyti 62,5 GPa mechaninį įtempimą
2 – tempimo diagrama (mechaninis įtempis y ir santykinis pailgėjimas e)
Norėdami parodyti reikšmingą skirtumą tarp dabartinių stipriausių medžiagų ir anglies nanovamzdelių, atlikime šį minties eksperimentą. Įsivaizduokime, kad, kaip buvo manoma anksčiau, kosminio lifto kabelis bus tam tikra pleišto formos vienalytė struktūra, sudaryta iš stipriausių šiandien prieinamų medžiagų, tada kabelio skersmuo ties GEO (geostacionari Žemės orbita) bus apie 2 km. Žemės paviršiuje susiaurės iki 1 mm. Šiuo atveju bendra masė bus 60 * 1010 tonų. Jei kaip medžiaga būtų naudojami anglies nanovamzdeliai, tai GEO kabelio skersmuo Žemės paviršiuje būtų 0,26 mm ir 0,15 mm, taigi bendra masė būtų 9,2 tonos. Kaip matyti iš aukščiau pateiktų faktų, anglies nanopluoštas yra būtent ta medžiaga, kurios reikia konstruojant kabelį, kurio tikrasis skersmuo bus apie 0,75 m, kad atlaikytų ir elektromagnetinę sistemą, naudojamą kosminiam liftui perkelti. kabina.
Elektros. Dėl mažo anglies nanovamzdelių dydžio tik 1996 m. buvo galima tiesiogiai išmatuoti jų elektrinę varžą keturių šakelių metodu.
Auksinės juostelės buvo padengtos vakuume ant poliruoto silicio oksido paviršiaus. Į tarpą tarp jų buvo nusodinti 2–3 μm ilgio nanovamzdeliai. Tada ant vieno iš matavimui pasirinktų nanovamzdelių buvo uždėti 4 volframo laidininkai, kurių storis 80 nm. Kiekvienas volframo laidininkas turėjo kontaktą su viena iš aukso juostelių. Atstumas tarp nanovamzdelio kontaktų svyravo nuo 0,3 iki 1 μm. Tiesioginių matavimų rezultatai parodė, kad nanovamzdelių savitoji varža gali svyruoti reikšmingose ribose – nuo 5,1*10 -6 iki 0,8 Ohm/cm. Minimali varža yra dydžiu mažesnė nei grafito. Dauguma nanovamzdelių turi metalinį laidumą, o mažesnė dalis pasižymi puslaidininkio savybėmis, kurių juostos tarpas yra nuo 0,1 iki 0,3 eV.
Prancūzų ir rusų mokslininkai (iš IPTM RAS, Chernogolovka) atrado dar vieną nanovamzdelių savybę – superlaidumą. Jie išmatavo atskiro vienasienio nanovamzdelio, kurio skersmuo ~ 1 nm, daugybės vienasienių nanovamzdelių, susuktų į ryšulį, taip pat atskirų daugiasienių nanovamzdelių srovės įtampos charakteristikas. Tarp dviejų superlaidžių metalinių kontaktų pastebėta superlaidumo srovė esant artimai 4K temperatūrai. Krūvio perdavimo nanovamzdelyje ypatybės labai skiriasi nuo būdingų įprastiems trimačiams laidininkams ir, matyt, paaiškinamos vienmačiu perdavimo pobūdžiu.
Taip pat de Geeras iš Lozanos universiteto (Šveicarija) atrado įdomią savybę: staigų (maždaug dviem dydžiais) laidumo pokytį mažu, 5-10o, vienasienio nanovamzdelio vingiu. Ši savybė gali išplėsti nanovamzdelių pritaikymo spektrą. Viena vertus, nanovamzdelis yra paruoštas, labai jautrus mechaninių virpesių keitiklis į elektrinį signalą ir atgal (iš tikrųjų tai yra kelių mikronų ilgio ir maždaug nanometro skersmens telefono ragelis), ir kita vertus, tai beveik paruoštas mažiausių deformacijų jutiklis. Toks jutiklis galėtų būti pritaikytas įrenginiuose, kurie stebi mechaninių komponentų ir dalių, nuo kurių priklauso žmonių saugumas, būklę, pavyzdžiui, traukinių ir lėktuvų keleivius, atominių ir šiluminių elektrinių personalą ir kt.
Kapiliaras. Eksperimentai parodė, kad atviras nanovamzdelis turi kapiliarinių savybių. Norint atidaryti nanovamzdelį, reikia nuimti viršutinę dalį – dangtelį. Vienas iš pašalinimo būdų yra nanovamzdelių atkaitinimas 850 0 C temperatūroje keletą valandų anglies dioksido sraute. Dėl oksidacijos atsidaro apie 10 % visų nanovamzdelių. Kitas būdas sunaikinti uždarus nanovamzdelių galus – mirkyti juos koncentruotoje azoto rūgštyje 4,5 valandos 2400 C temperatūroje. Dėl šio apdorojimo 80% nanovamzdelių atsidaro.
Pirmieji kapiliarinių reiškinių tyrimai parodė, kad skystis prasiskverbia į nanovamzdelio kanalą, jei jo paviršiaus įtempis ne didesnis kaip 200 mN/m. Todėl, norint įterpti bet kokias medžiagas į nanovamzdelius, naudojami mažo paviršiaus įtempimo tirpikliai. Pavyzdžiui, kai kurių metalų nanovamzdelių įvedimui į kanalą naudojama koncentruota azoto rūgštis, kurios paviršiaus įtempis mažas (43 mN/m). Tada atkaitinimas atliekamas 4000 C temperatūroje 4 valandas vandenilio atmosferoje, todėl metalas redukuojamas. Tokiu būdu buvo gauti nanovamzdeliai, kuriuose yra nikelio, kobalto ir geležies.
Kartu su metalais anglies nanovamzdeliai gali būti užpildyti dujinėmis medžiagomis, tokiomis kaip molekulinis vandenilis. Šis gebėjimas turi praktinę reikšmę, nes atveria galimybę saugiai saugoti vandenilį, kuris gali būti naudojamas kaip aplinkai nekenksmingas kuras vidaus degimo varikliuose. Mokslininkai taip pat sugebėjo į nanovamzdelį patalpinti visą grandinę fullerenų su juose jau įterptais gadolinio atomais (žr. 5 pav.).
Ryžiai. 5. Viduje C60 vienos sienelės nanovamzdelio viduje
