Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ С60
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ С60

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ С60

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение предназначено для нефтехимической промышленности и может быть использовано при утилизации остаточных продуктов нефтепереработки. Остаточные продукты нефтепереработки, например нефтяные пеки с температурой размягчения 78-250oС, и тяжелую смолу пиролиза бензина наносят на медную пластину. Резко нагревают до 150-900oС в инертном газе, выдерживают 20-900 с. Резко охлаждают до 10-25oС. Экстрагируют при этой температуре четыреххлористым углеродом. Выделяют фуллерены C60 известными способами, например, сублимацией в вакууме. Выход C60 25-36 мас.%. Изобретение позволяет получать фуллерены из недорогого и доступного сырья в промышленном масштабе. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2139241
Класс(ы) патента: C01B31/02
Номер заявки: 98106330/12
Дата подачи заявки: 07.04.1998
Дата публикации: 10.10.1999
Заявитель(и): Уфимский государственный нефтяной технический университет
Автор(ы): Кузеев И.Р.; Мекалова Н.В.
Патентообладатель(и): Уфимский государственный нефтяной технический университет
Описание изобретения: Изобретение относится к технологии углеродных материалов, в частности к технологии синтеза фуллеренов C60, и может быть использовано в нефтехимии при создании новой технологии получения фуллеренов в макроколичествах, а также в областях, где фуллерены используются непосредственно и/или в качестве исходного сырья (электроника, оптоэлектроника, органический синтез, фармакология, синтез искусственных алмазов, смазочных материалов, полимеров, ферромагнитных материалов, аккумуляторных батарей и др.).
Известные способы получения фуллеренов основаны на ресинтезе из углеродсодержащих продуктов в условиях высокотемпературных воздействий дуговым разрядом (Haufler R.E. et al., J. Phys. Chem., 1990, v. 94, p. 8634), горячей плазмой (Чурилов Г.Н. и др. Журнал технической физики, 1996, т. 66, N 1, с. 191-194), лазерным испарением (Mejer G. et al., J. Chem., Phys., 1990, v. 93, p. 7800).
Известен способ получения фуллеренов C60 из жидкокристаллической мезофазы (Dance I.G. et al., J. Phys. Chem., 1991, v. 95, p. 8425), полученной при пиролизе ряда углеродсодержащих соединений при температурах 370-500oC. Жидкокристаллическая мезофаза представляет собой смолистое вещество с ароматичностью 0,82, состоящее из 92,7% углерода, 4,8% водорода, 1% азота и 1,5% кислорода. Лазерное облучение поверхности мезофазы приводит к образованию летучей фракции с содержанием C60 порядка 10%.
К недостаткам известного способа следует отнести использование дорогостоящей лазерной техники, необходимость создания высоких температур в зоне испарения мезофазы, что не может быть реализовано в крупномасштабном производстве фуллеренов. Кроме того, малая площадь активной зоны (контакт сырья и лазера) обуславливает невысокую скорость получения фуллеренов C60.
Наиболее близким к предлагаемому способу является синтез фуллеренов C60 путем термокаталитической активации и последующей конденсации соединений, являющихся структурными фрагментами для сборки молекулы C60. В данном способе исходным веществом для получения фуллеренов C60 является гексахлорциклопентадиен, катализатором - порошок меди. Сырье и катализатор смешивают в мольном соотношении 1:9 и нагревают в атмосфере инертного газа аргона до 210oC в течение 1-2 мин. Затем реакционную массу охлаждают, экстрагируют органическим растворителем бензолом или толуолом. Растворитель удаляют, экстракт растворяют в гексане и подвергают колоночной хроматографии на окиси алюминия. Полученные фракции анализируют на жидкостном хроматографе. Идентификацию фуллеренов C60 проводят хроматографически с использованием заведомого образца C60, полученного методом дугового испарения графита. Выход фуллеренов C60 составлял 0,1-1% (Кочканян Р.О. и др. Журнал общей химии, 1995, т. 65, N 7, с. 1189-1190).
Недостатком данного способа является низкий выход фуллеренов C60 и использование в качестве исходного соединения чистого вещества.
Задача изобретения - повышение выхода фуллеренов C60.
Сущность изобретения заключается в том, что остаточные продукты нефтепереработки, в качестве которых используют нефтяные пеки с температурой размягчения 78-250oC, и тяжелую смолу пиролиза (ТСП) бензина подвергают термокаталитической активации и конденсации на катализаторе меди, причем остаточные нефтепродукты и ТСП бензина наносят на медную пластину, резко нагревают до температуры 150-900oC в атмосфере инертного газа, выдерживают при этой температуре 20-900 сек, затем резко охлаждают до 10-25oC и при этой температуре полученную массу экстрагируют четыреххлористым углеродом.
Способ получения фуллеренов C60 осуществляют следующим образом. Процесс проводят в реакторе из нержавеющей стали, в нижней части которого помещают медную пластину с нанесенным на нее остаточным продуктом нефтепереработки и ТСП бензина. Реактор продувают гелием в течение 10 минут для удаления воздуха. Затем нижнюю часть реактора резко нагревают до температуры 150-900oC, выдерживают при заданной температуре в течение 20-900 секунд и затем резко охлаждают нижнюю часть реактора в проточной воде до температуры 10-25oC. Полученную на медной пластине массу экстрагируют четыреххлористым углеродом при комнатной температуре.
Выделение фуллеренов C60 из полученной массы проводят сублимацией в вакууме при температуре 400oC после предварительной отгонки растворителя в вакууме. Образец полученной на медной пластинке массы содержит 30 вес.% фуллерена C60.
Качественный анализ экстрактов из образующейся на медной пластине массы в четыреххлористом углероде и гексане проводят по ИК-спектрам поглощения в интервале частот 1150-200 см-1 на спектрометре SPECORD М 80 и по электронным спектрам поглощения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра на спектрометре SPECORD М 40. Идентификацию фуллеренов C60 из экстрактов в четыреххлористом углероде по ИК-спектрам осуществляют по наличию четырех характеристических линий поглощения с центрами при энергиях 1429, 1183, 577 и 528 см-1. Идентификацию фуллеренов C60 из растворов в гексане по электронным спектрам поглощения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра осуществляют при длинах волн: λ1= 401 нм, λ2= 404 нм, λ3= 423 нм. Количественный анализ концентрации фуллеренов 060 в гексане проводят также по оптическим спектрам электронного поглощения методом трех аналитических волн, успешно апробированным.
Пример 1. Порошкообразный нефтяной пек с температурой размягчения 78oC массой 1 г помещают равномерным слоем на медную пластину. Пластину помещают в реактор из нержавеющей стали и продувают гелием в течение 10 мин, после чего нижнюю часть реактора (с медной пластиной) резко нагревают до температуры 220oC и выдерживают в течение 600 секунд. Затем нижнюю часть реактора резко охлаждают при температуре 20oC. Полученную на медной пластине массу экстрагируют при комнатной температуре четыреххлористым углеродом. Качественный и количественный анализ полученного образца осуществляют по описанной выше методике. Выделение фуллеренов C60 из полученной массы проводят сублимацией в вакууме при температуре 400oC, после предварительной отгонки растворителя в вакууме. Образец полученной на медной пластине массы содержит 30 вес.% фуллерена C60.
Пример 2. Аналогично примеру 1 на медную пластину помещают пек с температурой размягчения 158oC, реактор нагревают до температуры 550oC и выдерживают в течение 360 секунд. Образец полученной на медной пластине массы содержит 36 вес.% фуллерена C60.
Пример 3. Аналогично примеру 1 на медную пластину помещают пек с температурой размягчения 190oC, реактор нагревают до температуры 650oC и выдерживают в течение 300 секунд. Образец полученной на медной пластине массы содержит 30 вес.% фуллерена C60.
Пример 4. Аналогично примеру 1 на медную пластину помещают высокоплавкий пек крекинга гудрона иранской нефти с температурой размягчения 250oC, реактор нагревают до температуры 900oC и выдерживают в течение 20 секунд. Образец полученной на медной пластине массы содержит 34 вес.% фуллерена C60.
Пример 5. На медную пластину с бортиками наносят 3 мл ТСП бензина. Далее как в примере 1, только реактор нагревают до температуры 150oC и выдерживают в течение 900 секунд. Образец полученной на медной пластине массы содержит 25 вес.% фуллерена C60.
Данные примеров сведены в таблицу.
Из таблицы видно, что для пеков с разной Тразм. с увеличением температуры процесса уменьшается необходимое время выдержки системы в реакторе. С увеличением Тразм. пека несколько увеличивается значение необходимой температуры процесса. В результате проведенных исследований получены оптимальные значения температуры процесса и времени выдержки системы при заданной температуре, соответствующие максимальному выходу фуллеренов C60 для использованных образцов сырья.
Таким образом, использование изобретения позволит:
- повысить выход фуллеренов C60 по сравнению с прототипом в 25-30 раз;
- использовать в качестве сырья остаточные продукты нефтепереработки.
Формула изобретения: 1. Способ получения фуллеренов С60 путем термокаталитической активации и конденсации на меди исходного сырья при нагревании в атмосфере инертного газа с последующим охлаждением и экстрагированием фуллеренов С60 органическим растворителем, отличающийся тем, что остаточные продукты нефтепереработки наносят на медную пластину резко нагревают до температуры 150-900oC, выдерживают при этой температуре 20-900 c, затем резко охлаждают до 10-25oC и при этой температуре полученную массу экстрагируют четыреххлористым углеродом, а выделение из полученной массы фуллеренов С60 ведут известными приемами.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве остаточных нефтепродуктов используют нефтяные пеки с температурой размягчения 78-250oC и тяжелую смолу пиролиза бензина.