способ получения наночастиц карбида молибдена

Классы МПК:C01B31/34 вольфрама или молибдена 
C01G39/00 Соединения молибдена
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
B82Y99/00 Тематика, не отнесённая к другим группам данного подкласса
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-10-04
публикация патента:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и металлургии. Способ получения наночастиц карбида молибдена включает растворение пентахлорида молибдена в этаноле в соотношении, равном 1:(1-3). В полученный раствор добавляют мочевину. Затем проводят отжиг в две стадии. На первой стадии нагрев осуществляют в вакууме со скоростью не более 5°C/мин до температуры 430-450°C. На второй стадии нагревают в атмосфере азота до температуры 550-600°C с последующей выдержкой при этой температуре в течение 2,5-3 часов. Изобретение позволяет снизить температуру процесса и получить частицы карбида молибдена размером 5-10 нм. 2 ил., 2 пр.

способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351 способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351

Формула изобретения

Способ получения наночастиц карбида молибдена, включающий растворение пентахлорида молибдена в этаноле, добавление в раствор мочевины и последующий отжиг, отличающийся тем, что пентахлорид молибдена и этанол берут в соотношении, равном 1:(1÷3) соответственно, а отжиг ведут в две стадии: со скоростью не более 5°C/мин до температуры 430-450°C в вакууме, затем до температуры 550-600°C в атмосфере азота с последующей выдержкой при этой температуре в течение 2,5-3 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения наноразмерных материалов, в частности к способу получения карбида молибдена с морфологией наночастиц, который используют в производстве сталей, в качестве антикоррозионного, жаропрочного и жаростойкого материала, в качестве восстановителя, раскислителя, катализатора.

Известен способ получения нанопроволоки карбида молибдена (патент CN 101367521, МПК C01B 31/34, 2009 год). Способ получения состоит из нескольких стадий: соответствующий молибдат растворяют в воде, получая раствор с концентрацией молибдена 0,02-1,5 М. Затем проводят интеркаляцию органическим амином в соотношении амин : Мо 20÷1:1. К полученному композиту по каплям добавляют кислоту до установления pH среды 3-6. При этом образуется белый осадок. После чего реакционную смесь нагревают на масляной бане до температуры 30-60°С и выдерживают при указанной температуре в течение 6-24 ч. Конечный продукт фильтруют, промывают, сушат, а затем отжигают в инертной газовой атмосфере при температуре 675-750°С в течение 4-10 ч.

Недостатками известного способа являются многостадийность; примесное содержание углерода на поверхности карбида молибдена, снижающее качество конечного продукта; недостаточно высокий выход целевого продукта, который не превышает 95%.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения наночастиц карбида молибдена (С.Giordano, С.Erpen, W.Yao, М.Antonietti "Synthesis of Mo and W carbide and nitride nanoparticles via a simple "urea glass" route", Nano Lett, 2008, v.8, p.4659-4663). В известном способе в качестве прекурсоров используют пентахлорид молибдена MoCl5 и мочевину CO(NH2)2 в соотношении мочевина : Мо 5÷7:1. Порошок пентахлорида молибдена растворяют в этаноле, затем медленно при перемешивании в течение 2 -часов, добавляют мочевину. Полученный гель помещают в печь и медленно при скорости нагрева 3°С/мин нагревают в токе азота в течение 4 часов до 800° и выдерживают при указанной температуре дополнительно 3 часа. По данным рентгенофазового анализа состав полученного продукта соответствует способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351 -Мо2С кубической сингонии (JCPDS 15-0457). Согласно просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) размер частиц карбида молибдена равен 15-30 нм. По данным рентгеновского анализа размер частиц равен 21,1-24,7 нм.

Недостатком известного способа получения является достаточно высокая температура отжига (800°С), приводящая к росту наночастиц карбида молибдена.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения карбида молибдена, который бы позволил снизить температуру отжига и повысить качество конечного продукта за счет уменьшения размера частиц.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения наночастиц карбида молибдена, включающем растворение пентахлорида молибдена в этаноле, добавление в раствор мочевины и последующий отжиг, в котором пентахлорид молибдена и этанол берут в соотношении, равном 1:1÷3 соответственно, а отжиг ведут в две стадии: со скоростью не более 5°С/мин до температуры 430-450°С в вакууме, затем до температуры 550-600°С в атмосфере азота с последующей выдержкой при этой температуре в течение 2,5-3 часов.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения наночастиц карбида молибдена состава способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351 -Мо2С кубической сингонии ступенчатым отжигом реакционной гелеобразной массы первоначально в вакууме, а затем в токе азота.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, позволили разработать двухстадийный способ получения наноразмерного карбида молибдена. Причем при проведении процесса в две стадии появляется возможность ведения процесса при более низких температурах, за счет чего достигается более мелкий гранулометрический состав полученного продукта, поскольку отсутствуют условия спекания мелких частиц в более крупные. Авторами экспериментально было установлено, что существенным при подготовке исходных компонентов является соотношение между пентахлоридом молибдена и спиртом, например, этанолом. Необходимо соблюдать соотношение в интервале MoCl5: этанол =1:(1÷3). Соблюдение соотношения в указанном интервале, во-первых, позволяет за более короткое время получить исходный гелеобразный продукт, представляющий собой смесь пентахлорида молибдена, растворенного в этаноле, и мочевины (15-20 минут по сравнению с 2 часами в прототипе), во-вторых, повысить скорость нагрева гелеобразного продукта (до 5°С/мин по сравнению с 3°С/мин). Дальнейшее повышение скорости нагрева технологически нецелесообразно, так как может произойти вспенивание реакционной массы и принудительный ее выброс из емкости. При этом авторами установлено, что отсутствует необходимость соблюдения медленного нагрева в течение всего процесса. Необходимость медленного нагрева существует только на первой стадии при нагревании до температуры 430-450°С. В этих условиях авторами экспериментально установлено получение порошкообразного продукта, поэтому на второй стадии дальнейший нагрев можно проводить с произвольной скоростью. Совокупность предлагаемых условий проведения процесса получения карбида молибдена позволяет уже при отжиге при 550-600°С получить наноразмерный карбид молибдена состава способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351 -Mo2C кубической сингонии.

Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод, что частицы гранулометрического состава 5-10 нм карбида молибдена способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351 -Мо2С кубической сингонии могут быть получены только при условии соблюдения параметров процесса, заявляемых в предлагаемом способе. Так, при снижении температуры первой стадии ниже 430°С, а второй стадии ниже 550°С в конечном продукте наблюдается появление примесных фаз (металлический молибден, оксид молибдена, углерод). При повышении температуры первой стадии выше 450°С, а второй стадии выше 600°С в конечном продукте появляется карбид молибдена другой модификации с морфологией микрочастиц.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Пентахлорид молибдена MoCl5 растворяют в этаноле при соотношении MoCl5: этанол =1:(1÷3). Добавляют мочевину CO(NH2)2 в соотношении мочевина: Мо=5÷7:1 и перемешивают до образования геля (примерно 15-20 минут). Затем гелеобразную массу загружают в печь, нагревают в вакууме со скоростью не более 5°С/мин до температуры 430-450°С, после чего нагрев продолжают в атмосфере азота с произвольной скоростью до температуры 550-600°С и выдерживают при этой температуре в течение 2,5-3 часов. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры. Аттестацию полученного продукта проводят с помощью рентгенофазового анализа (РФА) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). По данным РФА полученный порошок серого цвета является карбид молибдена состава способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351 -Мо2С кубической сингонии. Согласно просвечивающей электронной микроскопии частицы карбида молибдена имеют морфологию наночастиц диаметром 5-10 нм. Размер частиц, вычисленный по данным рентгеновского анализа с использованием уравнения Шеррера, не превышает 10 нм.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 1 г пентахлорида молибдена MoCl5, растворяют в 1 мл этанола при соотношении MoCl5: этанол =1:1. Добавляют 1,10 г мочевины (соотношение MoCl5: мочевина =1:5), выдерживают в течение 20 минут до полного ее растворения и образования гелеобразной массы. Затем гелеобразную массу загружают в печь, нагревают в вакууме со скоростью 5°С/мин до температуры 430°С, после чего нагрев продолжают в атмосфере азота с произвольной скоростью до температуры 550°С и выдерживают при этой температуре в течение 2,5 часов. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры. По данным РФА и ПЭМ полученный продукт имеет состав способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351 -Мо2С кубической сингонии с параметром кристаллической решетки а=4,225Å и состоит из наночастиц диаметром 5-10 нм. На фиг.1 представлена рентгенограмма способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351 -Мо2С. На фиг.2 приведено изображение наночастиц карбида молибдена, полученное на просвечивающем электронном микроскопе высокого разрешения.

Пример 2. Берут 1 г пентахлорида молибдена MoCl5, растворяют в 3 мл этанола при соотношении MoCl5: этанол =1:3. Добавляют 1,54 г мочевины (соотношение MoCl5: мочевина =1:7), выдерживают в течение 20 минут до полного ее растворения и образования гелеобразной массы. Затем гелеобразную массу загружают в печь, нагревают в вакууме со скоростью 5°С/мин до температуры 450°С, после чего нагрев продолжают в атмосфере азота с произвольной скоростью до температуры 600°С и выдерживают при этой температуре в течение 3 часов. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры. По данным РФА и ПЭМ полученный продукт имеет состав способ получения наночастиц карбида молибдена, патент № 2489351 -Мо2С кубической сингонии с параметром кристаллической решетки а=4,225Å и состоит из наночастиц диаметром 5-10 нм.

Таким образом, авторами предлагается способ получения наночастиц карбида молибдена, обеспечивающий снижение температуры процесса и повышение качества конечного продукта за счет уменьшения гранулометрического состава.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2489351

patent-2489351.pdf

Класс C01B31/34 вольфрама или молибдена 

способ получения нанодисперсных порошков карбидов вольфрама и титана методом свс -  патент 2508249 (27.02.2014)
способ получения ультрадисперсного порошка карбида вольфрама -  патент 2495822 (20.10.2013)
способ формирования тонких пленок карбида вольфрама -  патент 2430017 (27.09.2011)
способ получения ультра-нанодисперсного порошка карбида -  патент 2418742 (20.05.2011)
способ производства карбида переходного металла и/или сложного карбида переходного металла -  патент 2417949 (10.05.2011)
способ получения нанопорошка карбида вольфрама -  патент 2414992 (27.03.2011)
способ получения карбида вольфрама wc -  патент 2394761 (20.07.2010)
способ получения карбида вольфрама w2c -  патент 2388689 (10.05.2010)
способ получения нанодисперсного порошка карбида вольфрама -  патент 2372421 (10.11.2009)
способ получения нанодисперсных твердосплавных композиций на основе двойного карбида вольфрама и кобальта -  патент 2372420 (10.11.2009)

Класс C01G39/00 Соединения молибдена

новый желтый неорганический пигмент из самария и соединений молибдена и способ его получения -  патент 2528668 (20.09.2014)
способ сорбционного извлечения молибдена -  патент 2525127 (10.08.2014)
устройство для производства мо-99 -  патент 2516111 (20.05.2014)
получение зеленого красителя из смешанных редкоземельных и молибденовых соединений и способ получения поверхностных покрытий из него -  патент 2515331 (10.05.2014)
способ рекуперации молибдата или вольфрамата из водных растворов путем адсорбции -  патент 2501872 (20.12.2013)
способ получения композиционного материала, содержащего слоистые материалы на основе графита и сульфида молибдена -  патент 2495752 (20.10.2013)
фуллереноподобные наноструктуры, способ их получения и применение -  патент 2494967 (10.10.2013)
неорганический пигмент на основе молибдата -  патент 2492198 (10.09.2013)
способ преобразования хлоридов щелочноземельных металлов в вольфраматы и молибдаты и его применение -  патент 2466938 (20.11.2012)
способ получения материала для автоэмиссионного катода -  патент 2463253 (10.10.2012)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Класс B82Y99/00 Тематика, не отнесённая к другим группам данного подкласса

способ получения наноразмерных порошков титаната лития -  патент 2528839 (20.09.2014)
способ получения фенилэтинил производных ароматических соединений -  патент 2524961 (10.08.2014)
способ получения вторичных аминов -  патент 2523456 (20.07.2014)
электрический сенсор на пары гидразина -  патент 2522735 (20.07.2014)
способ получения наноцеллюлозы, включающий модификациюцеллюлозных волокон -  патент 2519257 (10.06.2014)
способ получения наночастиц магнетита, стабилизированных поливиниловым спиртом -  патент 2507155 (20.02.2014)
магнитомягкий композиционный материал и способ его производства в виде изделия -  патент 2504854 (20.01.2014)
люминесцентные чернила для криптозащиты документов и изделий от подделок, способ их нанесения, а также способы контроля подлинности таких изделий -  патент 2503705 (10.01.2014)
способ очистки воды и устройство для его осуществления -  патент 2502680 (27.12.2013)
способ получения алкилбензолов -  патент 2495864 (20.10.2013)
Наверх