катализатор для получения углеродных нанотрубок из метансодержащих газов

Классы МПК:C01B31/02 получение углерода
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
B82Y40/00 Изготовление или обработка нано-структур
B01J23/34 марганец
B01J23/76 в сочетании с металлами, оксидами или гидроксидами, отнесенными к рубрикам  23/02
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-11-19
публикация патента:

Изобретение относится к области наноматериалов. В качестве катализатора в процессе получения углеродных нанотрубок из метансодержащих газов используют природную руду, содержащую, мас.%: оксиды марганца 7÷43, оксиды железа 3÷29, остальное - до 100. Изобретение позволяет упростить технологию получения катализатора и снизить стоимость получения нанотрубок из метансодержащих газов. 1 табл.

Формула изобретения

Применение природной руды, содержащей оксиды марганца в количестве 7÷43 мас.% и оксиды железа в количестве 3÷29 мас.%, остальное до 100%, в качестве катализатора в процессе получения углеродных нанотрубок из метансодержащего газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области наноматериалов и может быть использовано при создании новых перспективных продуктов на основе углеродных нанотрубок, получаемых из метансодержащих газов, в том числе из синтез-газов, вырабатываемых при газификации углей.

Наноструктурный углерод и, в частности, углеродные нанотрубки (УНТ) - это новый материал наноразмерного типа, сочетающий в себе свойства молекул и твердого тела и являющийся протяженными цилиндрическими полыми структурами из атомов углерода. Диаметр УНТ составляет от одного до нескольких десятков нанометров, длина - до нескольких микрометров.

УНТ могут быть использованы: в качестве конструкционного материала, обладающего особо высокой прочностью (модуль упругости Юнга - 500÷5000 ГПа), для создания хранилища газов, в частности водорода, в качестве основы полупроводниковых приборов и конденсаторов нового поколения, в качестве эффективных адсорбентов, добавок в смазки, лаки и краски и для многих других целей.

Наиболее эффективно получение УНТ реализуется в процессе разложения метана в присутствии катализатора при температуре 800÷1000°С.

Из уровня техники известно использование в таком процессе катализаторов, выполненных искусственно в виде частиц активных металлов Mo, Fe, Mg, Ni, Co одиночных или в различных сочетаниях с размещением их на носителях MgO, SiO2 или Al2O 3 (см. патент RU 2338686, B22B 3/00, 2007). Благодаря специально созданной структуре катализатора углеродные нанотрубки растут на поверхности катализатора. Выход УНТ от общего количества получаемого углерода составляет 15-25%. Стоимость полученных УНТ весьма высока (один грамм стоит несколько сот долларов США) и определяется высокой стоимостью катализатора, большой трудоемкостью процесса отделения УНТ от катализатора и аморфного углерода, а также малым количеством получаемых УНТ.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является снижение стоимости УНТ, получаемого из метансодержащих газов.

Технический эффект от использования изобретения состоит в существенном упрощении технологии изготовления катализатора, используемого в процессе получения УНТ из метансодержащих газов. Достигаемым техническим результатом при этом является исключение необходимости изготовления катализатора с нанесением на подготовленную основу специального покрытия с последующим обжигом и рядом других необходимых технологических операций. Использование руды в качестве катализатора не требует, кроме дробления, практически никакой ее специальной обработки.

Указанные задача и достигаемый технический результат обеспечиваются применением природной руды, содержащей оксиды марганца в количестве 7÷43% мас. и оксиды железа в количестве 3÷29% мас., остальное - балласт в качестве катализатора в процессе получения углеродных нанотрубок из метансодержащего газа.

Осуществление изобретения

Как показали экспериментальные исследования, при указанном содержании в природной руде оксидных соединений марганца и железа обеспечивается очень высокая каталитическая способность такой руды к разложению метана на составляющие и получению УНТ. В частности, согласно изобретению по результатам проведенных экспериментов степень разложения метана достигает 90%.

В таблице 1 представлен состав исследованной в качестве катализатора образца подобной руды (приведены данные только об основных компонентах).

Таблица 1
РудаСостав исследованной руды, % мас.
12
Железомарганцевая руда Порожинского месторождения с соединениями Mn в виде пиролюзита Fe2O 3 - 21,3; MnO2 - 26,2; SiO2 - 17,2; Al2O3 - 8,8; MgO - 1,26; K2O - 0,7; CaO - 0,54; TiO2 - 0,48; P2O 5 - 0,36; Na2O - 0,02; BaO - 0,05; SO3 - 0,01

Каталитическое разложение метана с применением в качестве катализатора исследованной руды осуществлялось на искусственном горючем газе, содержащем (об.%) - 31,6% метана и 15,8% водорода, остальное - примеси при 800°С и давлении 0,1 МПа. После прохождения этого газа через слой катализатора содержание метана в газе падало до 3,5% (об.), а содержание водорода возрастало до 50,8% (об.), и при этом происходило осаждение на катализаторе углерода.

Методом просвечивающей электронной микроскопии с увеличением 100000 в представленной пробе были обнаружены УНТ от формирующихся до законченных и имеющих внутренний диаметр от 4 до 8 нм. Выход УНТ составлял 30% от общего количества углерода. Аналогичные результаты были получены при исследовании образцов руд других месторождений с содержанием оксидов марганца и железа в заявленных диапазонах.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2457175

patent-2457175.pdf

Класс C01B31/02 получение углерода

электродная масса для самообжигающихся электродов ферросплавных печей -  патент 2529235 (27.09.2014)
способ модифицирования углеродных нанотрубок -  патент 2528985 (20.09.2014)
свч плазменный конвертор -  патент 2522636 (20.07.2014)
пористые угреродные композиционные материалы и способ их получения, а также адсорбенты, косметические средства, средства очистки и композиционные фотокаталитические материалы, содержащие их -  патент 2521384 (27.06.2014)
полимерный нанокомпозит с управляемой анизотропией углеродных нанотрубок и способ его получения -  патент 2520435 (27.06.2014)
способ получения углерод-металлического материала каталитическим пиролизом этанола -  патент 2516548 (20.05.2014)
способ получения углеродных наноматериалов с нанесённым диоксидом кремния -  патент 2516409 (20.05.2014)
тонкодисперсная органическая суспензия углеродных металлсодержащих наноструктур и способ ее изготовления -  патент 2515858 (20.05.2014)
способ получения сажи, содержащей фуллерены и нанотрубки, и устройство для его осуществления -  патент 2511384 (10.04.2014)
способ заполнения внутренней полости нанотрубок химическим веществом -  патент 2511218 (10.04.2014)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Класс B82Y40/00 Изготовление или обработка нано-структур

светоизлучающий прибор и способ его изготовления -  патент 2528604 (20.09.2014)
способ получения модификатора для алюминиевых сплавов -  патент 2528598 (20.09.2014)
способ изготовления чувствительного элемента датчиков газов с углеродными нанотрубками -  патент 2528032 (10.09.2014)
способ получения наноразмерных оксидов металлов из металлоорганических прекурсоров -  патент 2526552 (27.08.2014)
способ получения наночастиц серебра -  патент 2526390 (20.08.2014)
газовый датчик -  патент 2526225 (20.08.2014)
способ получения нитевидных нанокристаллов полупроводников -  патент 2526066 (20.08.2014)
способ получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале -  патент 2525543 (20.08.2014)
боридная нанопленка или нанонить и способ их получения (варианты) -  патент 2524735 (10.08.2014)
способ получения сверхтвердого композиционного материала -  патент 2523477 (20.07.2014)

Класс B01J23/34 марганец

способ получения олефиновых углеводородов c3-c5 и катализатор для его осуществления -  патент 2514426 (27.04.2014)
каталитическая добавка для окисления оксида углерода в процессе регенерации катализаторов крекинга и способ ее приготовления -  патент 2513106 (20.04.2014)
каталитический блок на основе пеноникеля и его сплавов для очистки газов от органических соединений, включая бензпирены, диоксины, оксиды азота, аммиака, углерода и озона -  патент 2491993 (10.09.2013)
катализатор для разложения озона и способ его получения -  патент 2491991 (10.09.2013)
конструктивный элемент с каталитической поверхностью, способ его изготовления и применение этого конструктивного элемента -  патент 2490063 (20.08.2013)
катализатор для очистки отходящих газов, содержащих летучие органические соединения, способ его получения и способ очистки отходящих газов, содержащих летучие органические соединения -  патент 2490062 (20.08.2013)
композиция, содержащая лантансодержащий перовскит на подложке из алюминия или из оксигидроксида алюминия, способ получения и применение в катализе -  патент 2484894 (20.06.2013)
способ каталитического превращения 2-гидрокси-4-метилтиобутаннитрила (гмтбн) в 2-гидрокси-4-метилтиобутанамид (гмтба) -  патент 2479574 (20.04.2013)
катализатор и способ конвертации природного газа в высокоуглеродистые соединения -  патент 2478426 (10.04.2013)
способ очистки сточных вод от фенолов -  патент 2476384 (27.02.2013)

Класс B01J23/76 в сочетании с металлами, оксидами или гидроксидами, отнесенными к рубрикам  23/02

способ получения катализатора синтеза углеводородов и его применение в процессе синтеза углеводородов -  патент 2502559 (27.12.2013)
катализатор и способ конвертации природного газа в высокоуглеродистые соединения -  патент 2478426 (10.04.2013)
способ гетерогенно-катализируемого парциального газофазного окисления пропилена до акриловой кислоты -  патент 2464256 (20.10.2012)
способ долговременного проведения гетерогенного каталитического частичного газофазного окисления исходного органического соединения -  патент 2447053 (10.04.2012)
одностадийный способ получения бутадиена -  патент 2440962 (27.01.2012)
способ гетерогенного каталитического газофазного парциального окисления по меньшей мере одного исходного органического соединения -  патент 2440188 (20.01.2012)
способ получения по меньшей мере одного целевого органического соединения гетерогенно катализируемым парофазным частичным окислением -  патент 2430910 (10.10.2011)
способ получения катализатора гидрообработки -  патент 2415708 (10.04.2011)
катализатор для конверсии углеводородов, способ его приготовления и способ получения синтез-газа -  патент 2412758 (27.02.2011)
способ длительного проведения гетерогенно катализированного частичного окисления в газовой фазе пропена в акриловую кислоту -  патент 2374218 (27.11.2009)
Наверх