Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза
The problems of wasted products of detonation nanodiamonds synthesis utilization are discussed. The corresponding process flowsheet is proposed
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23463 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза / И.В. Шугалей, З.В. Капитоненко, А.А. Дрыгина, М.А. Илюшин, А.П. Возняковский // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 323-326. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859682883209265152 |
|---|---|
| author | Шугалей, И.В. Капитоненко, З.В. Дрыгина, А.А. Илюшин, М.А. Возняковский, А.П. |
| author_facet | Шугалей, И.В. Капитоненко, З.В. Дрыгина, А.А. Илюшин, М.А. Возняковский, А.П. |
| citation_txt | Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза / И.В. Шугалей, З.В. Капитоненко, А.А. Дрыгина, М.А. Илюшин, А.П. Возняковский // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 323-326. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | The problems of wasted products of detonation nanodiamonds synthesis utilization are discussed.
The corresponding process flowsheet is proposed
|
| first_indexed | 2025-11-30T20:03:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
323
Главной задачей проекта является создание высокорентабельного и конкурентоспо-
собного промышленного производства нанодисперсных алмазов высокого качества с широ-
кой гаммой выпускных форм продукции.
Предпосылки для решения этой задачи таковы:
наличие надежной сырьевой базы в виде производств ВВ (тротил и гексоген);
наличие апробированной передовой технологии получения высокочистых наноалмазов;
наличие специалистов, способных реализовывать и развивать накопленный научно-
технологический потенциал;
появление инвестиционных возможностей, позволяющих сосредоточить финансовые
ресурсы на решении долгосрочных задач создания высококонкурентных развивающихся
производств.
Коммерческий проект может успешно завершиться за 1,5–2 года лишь при создании
изначально достаточно мощного производства ДНА (годовой мощностью не менее 10 т),
требующего инвестиций около15 млн. евро.
Литература
1. Долматов В. Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза. – СПб: Изд-во
СПбГПУ, 2003. – 344 c.
2. Долматов В. Ю. Детонационные наноалмазы: получение, свойства, применение // Ус-
пехи химии. – 2007. – 76, № 4. – С. 375–397.
Поступила 06.04.10
УДК 541.183
И. В. Шугалей, д-р.хим.наук; З. В. Капитоненко, канд.техн.наук; А. А. Дрыгина,
М. А. Илюшин, д-р техн.наук; А. П. Возняковский; д-р хим.наук
Санкт-Петербургский Государственный технологический институт (Технический
университет), Россия
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СИНТЕЗА ДЕТОНАЦИОННЫХ
НАНОАЛМАЗОВ. 1. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЗ ПРОДУКТОВ СИНТЕЗА
The problems of wasted products of detonation nanodiamonds synthesis utilization are dis-
cussed. The corresponding process flowsheet is proposed
Большинство разработок по созданию материалов нового поколения большей частью
ориентировано на композиционные материалы. В этой связи увеличилось количество иссле-
дований, посвященных синтезу углеродных наноструктур и поиску областей их практиче-
ского применения. Наиболее интенсивно изучаются такие аллотропные формы углерода, как
фуллерены и нанотрубки.
Несколько в тени остались детонационные наноалмазы (ДНА), хотя их синтез был
разработан гораздо раньше – в 70-х годах прошлого века.
Однако в последние годы повышается интерес к поиску областей применения этого вида
нанодисперсных веществ. Конечно, такое изменение направления вектора исследований можно
связать с тем, что ожидания, связанные с фуллеренами и нанотрубками, оправдались не в пол-
ной мере. Так, от ДНА ожидают возможность достижения сочетания свойств макроскопических
алмазов со свойствами, обусловленными их высокой дисперсностью и методом получения.
Уже существуют технологии, в которых активно используются ДНА [1–8], в частно-
сти это технологии получения различных видов композиционных материалов, электрохимия.
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
324
В ближайшей перспективе предусматривается практическое внедрение работ, посвященных
биосовместимым композиционным материалам, нанотехнологиям интеллектуальной достав-
ки лекарственных препаратов к проблемным органам, высокодисперсным носителям катали-
заторов, а также поиск других областей применения, новейших разработок.
Таким образом, актуальна необходимость организации широкомасштабного промыш-
ленного производства ДНА. Следует отметить, что биологические и техногенные последст-
вия синтеза и внедрения в практику нанодисперсных веществ еще недостаточно изучены.
Особенно важно это учитывать при расширяющемся распространении этих высокоактивных
веществ на биологические объекты. До настоящего времени не утихают дискуссии о продук-
тах питания на основе генномодифицированных продуктов.
Несомненно, первый и необходимый этап принятия решения о промышленном вы-
пуске нанодисперсных веществ (в данном случае ДНА) –экспертная оценка экологических
последствий принятия подобных решений.
Следует учитывать, что при детонационном синтезе непосредственным продуктом
является не ДНА, а сложная композиция различных форм углерода – детонационный угле-
род (ДУ). Упрощенно ДУ можно рассматривать как композиционный материал, состоящий
из аморфной и кристаллической компонент. Последняя, собственно, и известна как ДНА. В
реальной технологической практике ДУ содержит также металлы, их оксиды и другие при-
меси, являющихся следствием коррозионных процессов материала взрывной камеры и ком-
позиционного состава взрывчатых веществ. Разработанные технологии выделения ДНА из
аморфной углеродной матрицы представляют собой сложную последовательность химиче-
ских и физических операций.
В настоящее время наиболее эффективным методом выделения ДНА является метод с
использованием окислительной системы на основе азотной кислоты. Этот метод разработан и
реализован в СКТБ «Технолог» (Санкт-Петербург) [5]. Заключительной операцией этого метода
является выделение и отмывка ДНА из кислотной среды с получением их водной суспензии.
Результаты расчета материального баланса процесса отмывки показали, что при реа-
лизации полной технологической схемы кислотной очистки ДНА в среднем на 1 т готового
продукта образуется 1000 м3 кислых стоков. Стоки представляют собой приблизительно 5
%-ную азотную кислоту, содержащую около 10 % оксида азота (III) и незначительное коли-
чество (менее 0,1 %) солей металлов. Катионы металлов попадают в сток в основном в ре-
зультате износа и коррозии оборудования. Естественно, их содержание в сбрасываемом сто-
ке незначительно и соответственно конечный сток можно рассматривать как водный раствор,
содержащий значительное количество неорганических кислот и соединений азота.
Можно прогнозировать, что расширение производства ДНА до промышленных мас-
штабов приведет к необходимости решения экологических проблем, связанных с утилиза-
цией больших объемов агрессивных жидкостей, образующихся в результате окислительной
очистки. Следовательно, проблему утилизации побочных продуктов синтеза следует обяза-
тельно учитывать при проектировании промышленных установок по выделению ДНА.
В нашей работе мы предлагаем технологическое решение, использование которого
позволит не только в определенной мере улучшить как экологические, так и экономические
параметры производства ДНА.
В предлагаемом проекте учитывается необходимость не только нейтрализации кис-
лых стоков, но и удаления содержащихся в них азотсодержащих химических веществ. Необ-
ходимость удаления азотсодержащих веществ обусловлена тем, что азот наряду с фосфором
относится к основным элементам, способствующим эвтрофизации водоемов.
С учетом того, что азот входит в состав многих удобрений, целесообразно совместить
процесс удаления азотсодержащих соединений с получением жидких азотных удобрений.
В этой связи предлагаемый технологический процесс ориентирован на получение жид-
ких азотных удобрений КАС-28, которые содержат амидный азот мочевины и аммонийный и
нитратный азот аммиачной селитры. Это азотное удобрение после внесения в почву легко
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
325
усваивается растениями и особенно эффективно при внекорневой подкормке. Растворы КАС-
28 также можно использовать для приготовления двойных и тройных жидких тукосмесей.
Основные химические процессы, положенные в основу производства целевого про-
дукта – доокисление окислов азота, растворенных в отработанной водной азотной кислоте до
азотной кислоты озоном, последующая нейтрализация азотной кислоты аммиаком до амми-
ачной селитры. По ходу производственного процесса добавляется карбамид для повышения
содержания азота в конечном продукте до 28%. Принципиальная технологическая схема
процесса получения удобрения КАС-28 показана ниже на рисунке.
Исходная 5 %-ная азотная кислота, содержащая оксид азота (III), из хранилища 1 цен-
тробежным насосом 2 подается в смеситель 3. Из озонатора 2 озон поступает в смеситель 3,
где оксид азота (III) окисляется до азотной кислоты. Полученная после окисления свободная
от окислов азотная кислота направляется в хранилище 5, из которого насосом подается в ап-
парат нейтрализации 7.
Нейтрализация осуществляется газообразным аммиаком, подаваемым в аппарат ней-
трализации ИТН (использование теплоты нейтрализации) из баллонов 8. По завершении
процесса нейтрализации образуется 25,8 %-ный раствор аммиачной селитры. Этот раствор
насосом 9 подается в выпарной аппарат 10 с естественной циркуляцией и выносной греющей
камерой, где упаривается до концентрации 56 %. Из выпарного аппарата 10 упаренный рас-
твор поступает в смеситель 11, снабженный мешалкой, где смешивается с мочевиной, кото-
рая подается в смеситель из бункера 12. Целевой продукт КАС-28 из аппарата 11 поступает в
вакуум-воронку, где удаляются механические примеси и подается в хранилище 14 и далее на
узел фасовки и упаковки в тару. Реализация разработанного технологического процесса по-
зволяет получать из 1000 т кислого стока мастерской кислотной окислительной очистки
ДНА 742 т КАС-28 при оптовой цене за 1 т продукции 9000 руб.
Принципиальная технологическая схема получения жидких азотных удобрений КАС-28
Таким образом, при совмещении производства ДНА и КАС-28 возможна реализация
практически безотходной технологии и соответственно значительное улучшение экологиче-
ских параметров технологии получения ДНА.
Литература
1. Shenderova, O. A., Zhirnov V. V., Brenner D. W. Carbon Nanostructures // Crit. Rew. Solid
State Mater. Sci. – 2002. – 27, N 3&4. – P. 227–356.
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
326
2. Dolmatov V. Y. Detonation synthesis ultradispersed diamonds: properties and applications
// Russ. Chem. Rew. – 2001. – 70, N 7. – P. 607–626.
3. Shenderova O. A., McGuire G. Nanocrystalline Diamond // Nanomaterials Handbook / Go-
gotsi, Y., Ed. – CRC Press: Boca Raton, FL, 2006. – Р. 203–237.
4. Долматов В. Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: получение, свой-
ства, применение. – С-Пб: Изд-во СПбГПУ, 2003. – С. 64–78.
5. Путятин А. А., Никольская А. В, Калашников Я. Н. Химические методы извлечения
алмазов из продуктов синтеза // Сверхтвердые матер. – 1982. – № 2. – С. 2–28.
6. Губаревич Т. М., Сатаев Р. Р., Долматов В. Ю. Химическая очистка ультрадисперсных
алмазов //Сб. докл. V Всесоюз. совещ. по детонации. – Красноярск, 5–12 августа
1991 г. – Т. 1. – С. 135–139.
7. Химическая очистка ультрадисперсных алмазов перекисью водорода /
Т М. Губаревич, В. Ю. Долматов, В. Ф. Пятериков, И. С. Ларионова // Журн. приклад.
химии. – 1992. –65, Вып. 11. – С. 2512–2516.
8. Пат. РФ № 2109683. Способ выделения синтетических ультрадисперсных алмазов / В.
Ю. Долматов, В. Г. Сущев, В. А. Марчуков, Т. М. Губаревич, А. П. Корженевский. –Б.
И. 1998, № 12.
Поступила 02.07.10
УДК 621.921.343-492.2.:541.128.13
Г. П. Богатырева1, д-р техн. наук; М. А. Маринич1, канд. хим. наук; Г. А. Базалий1;
Г. Д. Ильницкая1, канд. техн. наук; В. А. Билоченко1; Н. Н. Цыба2
1Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
2Институт сорбции и проблем эндоэкологии НАН Украины, г. Киев
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ОБРАБОТОК НА
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
The present paper reports the results of our investigation about influence of chemical
ltreatments into physicochemical properties of carbon nanotubes, synthesized by the ALIT Compa-
ny using the CVD-method.
Введение
Одним из перспективных направлений материаловедения, нанотехнологии и нано-
электроники является создание углеродных нанотрубок (УНТ), которые представляют собой
каркасные структуры, состоящие исключительно из новой аллотропной формы углерода (в
дополнение к известным алмазу и графиту) [1–3].
Физико-механические и физико-химические свойства углеродных нанотрубок во мно-
гом зависят от способа их синтеза, применяемых исходных компонентов и технологических
режимов синтеза и изготовления.
Наиболее перспективной торговой маркой углеродных нанотрубок является «Тау-
нит». В настоящей работе исследования проводили на УНТ, которые синтезированы фирмой
« Алит» методом пиролиза (CVD-синтез) с применением катализаторов на основе соедине-
ний никеля и магния, разработанным фирмой «Таунит» [1; 4].
Продукт синтеза УНТ состоит из углеродных нанотрубок, металлических и неметал-
лических примесей, аморфного углерода. Исследовали образцы УНТ после удаления катали-
затора из продукта пиролиза – УНТ1.
Цель настоящей работы – исследовать влияние различных химических обработок на
физико-химические свойства углеродных нанотрубок.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-23463 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T20:03:22Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шугалей, И.В. Капитоненко, З.В. Дрыгина, А.А. Илюшин, М.А. Возняковский, А.П. 2011-07-04T15:43:09Z 2011-07-04T15:43:09Z 2010 Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза / И.В. Шугалей, З.В. Капитоненко, А.А. Дрыгина, М.А. Илюшин, А.П. Возняковский // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 323-326. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23463 541.183 The problems of wasted products of detonation nanodiamonds synthesis utilization are discussed. The corresponding process flowsheet is proposed ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза Article published earlier |
| spellingShingle | Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза Шугалей, И.В. Капитоненко, З.В. Дрыгина, А.А. Илюшин, М.А. Возняковский, А.П. Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| title | Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза |
| title_full | Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза |
| title_fullStr | Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза |
| title_full_unstemmed | Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза |
| title_short | Экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. Выделение из продуктов синтеза |
| title_sort | экологические проблемы синтеза детонационных наноалмазов. 1. выделение из продуктов синтеза |
| topic | Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| topic_facet | Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23463 |
| work_keys_str_mv | AT šugaleiiv ékologičeskieproblemysintezadetonacionnyhnanoalmazov1vydelenieizproduktovsinteza AT kapitonenkozv ékologičeskieproblemysintezadetonacionnyhnanoalmazov1vydelenieizproduktovsinteza AT dryginaaa ékologičeskieproblemysintezadetonacionnyhnanoalmazov1vydelenieizproduktovsinteza AT ilûšinma ékologičeskieproblemysintezadetonacionnyhnanoalmazov1vydelenieizproduktovsinteza AT voznâkovskiiap ékologičeskieproblemysintezadetonacionnyhnanoalmazov1vydelenieizproduktovsinteza |