Способ получения наноразмерного оксида цинка


C25B1/00 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2696460:

Ульянкина Анна Александровна (RU)

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам получения наноразмерных материалов, которые могут служить фотокатализаторами в процессах окисления органических загрязнений, присутствующих в воде и воздухе, и может быть использовано в химической, фармацевтической и текстильной промышленности. Способ получения наноразмерного оксида цинка включает электрохимическое окисление цинковых электродов в электролизере в растворе электролита. При этом процесс проводят под воздействием асимметричного переменного импульсного тока при средней величине анодной и катодной плотности тока 1,2÷2,4 А/см2 с использованием в качестве электролитов хлорида натрия, хлорида калия или сульфата натрия при температуре синтеза 55÷60°С с последующим фильтрованием, промывкой дистиллированной водой и сушкой при температуре 80°С до постоянной массы конечного продукта. Обеспечивается получение чистого наноразмерного оксида цинка в одну стадию без последующей термической обработки, а использование различных электролитов позволяет варьировать размерами частиц в широком диапазоне. 3 пр.

 

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам получения фотокатализаторов для окисления органических загрязнений, присутствующих в воде и воздухе, и может быть использовано в химической, фармацевтической и текстильной промышленности.

В последние десятилетия фотокаталитические процессы вызывают большой интерес благодаря возможности их применения для создания самоочищающихся поверхностей, систем очистки от вредных органических соединений в воде и воздухе, в производстве водорода из воды. Одним из перспективных направлений практического применения оксида цинка является создание на его основе высокоэффективных катализаторов фотохимического окисления органических соединений.

Способы получения нанопорошков ZnO подразделяются на физические и химические. К физическим методам относятся: метод физического осаждения, механосинтез, процессы испарения (конденсации), электрический взрыв. Химические методы включают целую группу методов с использованием растворов: соосаждение, микроэмульсионный, сольвотермальный, золь-гель, термическое разложение др. Несмотря на достаточно большой объем экспериментальных работ, выполненных в области получения пленок и порошков ZnO, синтез его наноструктур освоен далеко не полностью.

Известен способ получения частиц ультрадисперсного оксида цинка, включающий в себя взаимодействие крупнодисперсного оксида цинка с гидрокарбонатом аммония в водном растворе, отделение осадка основного карбоната цинка от водной фазы и его последующую термообработку в интервале 200÷400°С с получением готового продукта. Реакцию крупнодисперсного оксида цинка с гидрокарбонатом аммония в водном растворе проводят при соотношении компонентов ZnO:NH4HCO3:H2O-1:(0,6÷0,8):(4,1÷10,0) по массе (патент RU 2580731).

Недостатком данного способа является многостадийность процесса, невозможность получения конечных продуктов с разной структурой, а также получение гидратированных оксидов и необходимость их термообработки.

Известен способ получения частиц оксида цинка по реакции гексагидрата нитрата цинка с циклогексиламином в водной среде или среде этанола, с последующей сушкой в вакууме (патент US 2012/0097522 А1, опубл. 26.04.2012).

К недостаткам данного способа относятся сложность и длительность проведения синтеза, а также использование токсичных органических растворителей.

Существует способ синтеза наноразмерного оксида цинка основанный на реакции дигидрата ацетата цинка с гидратом аммиака в присутствии цетилтриметиламмоний бромида (ЦТАБ), этанола и перекиси водорода, протекающей в тефлоновом реакторе высокого давления в течение 18 часов при температуре 140÷145°С. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры, промывают дистиллированной водой и этиловым спиртом, сушат в течение 2,5÷3,5 часов при температуре 70÷75°С и прокаливают 1÷1,5 часа при температуре 45÷50°С (патент CN 106315664 A, опубл.01.11.2017. B01J 23/06).

Недостатком такого способа является сложность синтеза, длительность процесса, а также необходимость применения поверхностно-активных веществ, высоких температур и специализированного технологического оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ получения оксида цинка, включающий окисление металлического цинка и термообработку, при этом электрохимическое окисление металлического цинка осуществляют в водном растворе хлорида натрия с концентрацией 2÷5 мас. %, при плотности переменного синусоидального тока промышленной частоты 1,0÷2,0 А/см2 и температуре 50÷90°С, а термообработку проводят при 105÷400°С (патент RU 2221748).

Недостатком данного изобретения является необходимость проведения термообработки и невозможность синтезировать материалы с разной структурой. Также данный метод не обеспечивает высоких скоростей образования оксида цинка.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения наноразмерного оксида цинка, обеспечивающего возможность синтеза материалов с разной структурой и позволяющего повысить производительность и экологичность за счет проведения процесса в одну стадию, исключая высокотемпературную обработку и использование токсичных веществ.

Поставленная задача достигается за счет того, что оксид цинка получают путем электрохимического окисления цинковых электродов в электролизере в растворе электролита под воздействием асимметричного переменного импульсного тока при средней величине анодной и катодной плотности тока 1,2÷2,4 А/см2 с использованием в качестве электролитов хлорида натрия, хлорида калия или сульфата натрия при температуре синтеза 55÷60°С, последующим фильтрованием, промывкой дистиллированной водой и сушкой при температуре 80°С до постоянной массы конечного продукта.

В процессе электрохимического окисления цинка под действием асимметричного переменного импульсного тока происходит растворение одного электрода с образованием ионов двухвалентного цинка и генерация щелочи па другом электроде в результате восстановления воды на катоде. Оксид цинка образуется химически в приэлектродной области и в объеме раствора. Структура получаемых материалов, а именно их морфология и площадь поверхности (дисперсность) определяется составом электролита. Это связано с разным влиянием ионов электролита на скорость электрохимических и химических процессов, протекающих на электродах и в объеме раствора.

Отличительным признаком заявляемого способа является воздействие асимметричного переменного импульсного тока, при котором происходит чередование анодных и катодных импульсов с обеспечением пауз между ними при отсутствии тока в системе. Такое чередование эффективно воздействует на структуру и состав продуктов диспергирования металлических электродов, позволяет интенсифицировать процесс получения наноразмерных порошков оксида цинка и регулировать в широком диапазоне размер частиц в зависимости от состава электролита.

Изобретение обладает новизной, так как в мировой литературе не выявлено применение переменного импульсного тока с импульсами различной формы для получения наноразмерных частиц оксида цинка.

Технический результат данного изобретения заключается в создании экологичного способа получения наноразмерного оксида цинка, обеспечивающего высокую скорость получения негидратированных оксидов цинка с разной структурой в одну стадию, исключающего высокотемпературную обработку и использование токсичных веществ.

Ниже приведено общее описание технологии процесса получения наноразмерного оксида цинка и примеры реализации в соответствии с предлагаемым способом.

В раствор электролита (хлорида натрия, хлорида калия или сульфата натрия) погружают параллельно друг другу цинковые электроды на расстоянии 1 см. На электроды подается асимметричный переменный импульсный ток с частотой 50 Гц. Полученную суспензию фильтруют, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 80°С до постоянной массы. Скорость образования оксида определяется весовым методом по разнице массы электродов до и после синтеза.

Пример 1.

В раствор хлорида натрия с концентрацией 2 моль/л помещают цинковые электроды одинаковой площади. Средняя плотность асимметричного переменного импульсного тока, рассчитанная на геометрическую поверхность электродов 1,2÷2,4 А/см2. Синтез проводился в течение 1 часа. В результате образовались наностержни оксида цинка, агломерированные в наноцветы, с длиной частиц около 90 нм и диаметром 20 нм. Скорость образования оксида цинка составила 943,75 мг/(см2⋅ч).

Пример 2.

Методика проведения процесса аналогична описанной в Примере 1 и отличается тем, что цинковые электроды помещают в раствор хлорида калия. В результате образовались наночастицы оксида цинка, агломерированные в наноцветы, со средним диаметром частиц 30÷50 нм. Скорость образования оксида цинка составила 917,5 мг/(см2⋅ч).

Пример 3.

Методика проведения процесса аналогична описанной в Примере 1 и отличается тем, что цинковые электроды помещают в раствор сульфата натрия. В результате образовались наночастицы оксида цинка со средним диаметром частиц 25 нм. Скорость образования оксида цинка составила 921,2 мг/(см2⋅ч).

Таким образом, в процессе электрохимического окисления цинковых электродов под действием переменного импульсного тока образуются оксиды цинка с разной структурой (морфологией и дисперсностью), не требующие термообработки. При этом их структура определяется составом электролита.

Способ получения наноразмерного оксида цинка, включающий электрохимическое окисление цинковых электродов в электролизере в растворе электролита, отличающийся тем, что процесс проводят под воздействием асимметричного переменного импульсного тока при средней величине анодной и катодной плотности тока 1,2÷2,4 А/см2 с использованием в качестве электролитов хлорида натрия, хлорида калия или сульфата натрия при температуре синтеза 55÷60°С последующим фильтрованием, промывкой дистиллированной водой и сушкой при температуре 80°С до постоянной массы конечного продукта.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области продуктов для ухода за полостью рта и способов их получения. Предлагается продукт для ухода за полостью рта, содержащий композицию по уходу за полостью рта, включающую: эффективное количество растворимого приемлемого для применения в полости рта сульфата, и забуференную электропроводную среду, имеющую рН от 4 до 6,5, где персульфат синтезируется, когда электрический потенциал прикладывается к сульфату в забуференной электропроводной среде; и капу, включающую по меньшей мере два электрода, электрически соединяемых с источником напряжения с электрическим потенциалом от 1 до 5 В, в котором электроды включают катод и анод.

Изобретение относится к электролитическому способу получения ультрадисперсных порошков двойного борида церия и кобальта, включающему синтез двойного борида церия и кобальта из расплавленных сред.

Изобретение относится к способу одновременного декарбоксилирования углеводной кислоты и восстановления углеводного альдегида в электрохимической ячейке. Способ включает: обеспечение электрохимической ячейки, содержащей три камеры, включающие анодную камеру, центральную камеру и катодную камеру, причем указанная электрохимическая ячейка дополнительно содержит катионную мембрану, расположенную между анодной камерой и центральной камерой и находящуюся в контакте с указанными камерами, биполярную мембрану, расположенную между центральной камерой и катодной камерой и находящуюся в контакте с указанными камерами, причем указанная катионная мембрана выполнена с возможностью пропускания одновалентных катионов, указанная катодная камера содержит указанный углеводный альдегид, католит и катод, а указанная анодная камера содержит углеводную кислоту, анолит и анод, при этом указанная биполярная мембрана включает анионообменную сторону, обращенную к аноду, и катионообменную сторону, обращенную к катоду; подачу электрического тока к указанной ячейке и получение углеводного альдегида в указанном анолите, гидроксида одновалентного катиона в растворе в центральной камере и сахарного спирта в указанном католите; и введение в указанный анолит гидроксида одновалентного катиона, выбранного из группы, состоящей из: гидроксида натрия, гидроксида калия, гидроксида лития и гидроксида аммония; и при этом указанная углеводная кислота по меньшей мере на 5% нейтрализована в виде соли, и где указанное отношение одновалентного катиона к указанной углеводной кислоте в анолите поддерживают для обеспечения протекания нейтрализации доступной углеводной кислоты для декарбоксилирования.

Изобретение относится к новому электрохимическому синтезу диметилдисульфопероксида (пероксида димезилата), заключающийся в том, что проводят электролиз концентрированных 4,0-12,0 М растворов метансульфокислоты в анодном отделении диафрагменного электролизера в пределах плотностей анодного тока (0,025-0,1 А/см2) с последующем охлаждением до Т=-14°С и выделением из раствора анолита твердого вещества - диметилдисульфопероксида (пероксид димезилата).
Изобретение относится к способу изготовления нерастворимого анода из армированного диоксида свинца с рабочей поверхностью из диоксида свинца, в котором электрохимическим методом на токопроводящую подложку из титана или ниобия осаждают предварительный тонкий слой диоксида свинца толщиной не более 0,05-0,1 мм, поверх которого проводится армирование проводом в химически стойкой изоляции с последующим полным заращиванием армирования электроосажденным диоксидом свинца и созданием внешнего электрического контакта из никелевой фольги и изолированием его от агрессивных растворов химически стойким герметиком.

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для электролитических процессов. Смешивают твёрдую и сухую гранулированную смесь и жидкий битумный связующий агент, взятый в количестве, необходимом для производства электродов (6).
Изобретение относится к покрытой подложке из вентильного металла с покрытием, включающим беститановый первый каталитический слой, состоящий из аморфной фазы Та2О5 в смеси с тетрагональной дитетрагонально-дипирамидальной кристаллической фазой, состоящей либо из RuO2, либо из твердого раствора RuO2 и SnО2, причем упомянутый первый каталитический слой имеет массовое отношение упомянутой аморфной фазы к упомянутой кристаллической фазе, составляющее в диапазоне от 0,25 до 2,5, а массовое отношение Ru к Sn в упомянутой кристаллической фазе составляет в диапазоне от 0,5 до 2, и второй каталитический слой, нанесенный снаружи на упомянутый первый каталитический слой, причем упомянутый второй каталитический слой состоит из аморфной фазы Та2О5, смешанной с тетрагональной дитетрагонально-дипирамидальной кристаллической фазой RuO2, при массовом отношении Ru к Та, составляющем в диапазоне от 3 до 5, причем содержание оксида рутения в упомянутом втором слое больше, чем в упомянутом первом слое.

Изобретение относится к устройству для электролиза водных растворов, содержащему двухкамерный электролизер с корпусом из непроводящего ток материала, в котором размещены электроды прямоугольной формы с диафрагмой, патрубки для подвода и отвода жидкости, которые гидравлически связаны с входами системы перепуска жидкости, источник постоянного тока с переключателем полярности электродов и блоком управления системы перепуска жидкости.

Изобретение относится к электрохимической ячейке для электрокоагуляции, содержащей катод и расходуемый анод, включающий расходуемую часть и нерасходуемую электропроводящую часть.

Изобретение относится к способу декарбоксилирования углеводной кислоты в электрохимической ячейке, включающему: обеспечение электрохимической ячейки, имеющей две камеры, разделенные катионной мембраной для переноса моновалентных катионов между двумя камерами, причем первая камера содержит католит и катод и вторая камера содержит углеводную кислоту, анолит и анод, причем углеводная кислота по меньшей мере на 10% нейтрализована в виде соли указанного моновалентного катиона; подачу электрического тока в указанную ячейку с образованием альдегида углевода в анолите и гидроксид-иона моновалентного катиона в католите; индуцирование миграции указанного гидроксид-иона через катионную мембрану от католита к анолиту, причем указанная катионная мембрана является проницаемой для гидроксид-иона, чтобы по меньшей мере частично поддерживать отношение моновалентного катиона к углеводной кислоте; добавление гидроксида катиона, выбранного из группы, состоящей из: гидроксида натрия, гидроксида калия, гидроксида лития и гидроксида аммония, к анолиту; причем выход по току для переноса моновалентного катиона через катионообменную мембрану составляет менее 90% и причем отношение моновалентного катиона к углеводной кислоте в анолите поддерживается так, чтобы сохранить нейтрализацию доступной углеводной кислоты для декарбоксилирования.
Изобретение относится к способу получения химически чистого оксида цинка с высокой удельной поверхностью, который может быть использован в промышленности как компонент катализаторов, сорбентов, люминофоров.
Изобретение относится к порошковому оксиду цинка. Порошковый оксид металла для использования в солнцезащитных средствах содержит катионную составляющую, причем катионная составляющая содержит 99 вес.% или более цинковой составляющей, первой марганцевой допирующей составляющей и второй допирующей составляющей, выбранной из группы, состоящей из железа и алюминия, причем первая марганцевая допирующая составляющая и вторая допирующая составляющая присутствуют в весовом соотношении от 1:5 до 5:1.

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к составам для изготовления покрытий пассивной терморегуляции класса «истинный поглотитель» («ИП»).

Изобретение может быть использовано при получении солнцезащитных косметических средств. Порошковый оксид металла включает катионную составляющую, которая включает цинковую составляющую, первую допирующую составляющую из железа и вторую допирующую составляющую, состоящую из марганца и меди.

Изобретение может быть использовано для покрытия металлических поверхностей в автомобилестроении, строительстве, при изготовлении электротехнических приборов и бытовой техники.

Настоящее изобретение касается аммиачных композиций, включающих в себя по меньшей мере одно гидроксоцинковое соединение и по меньшей мере два соединения элементов 3-й главной подгруппы.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения нанодисперсных оксидов металлов включает формирование реакционной смеси путем внесения нитратов металлов и карбамида в водную среду в стехиометрическом соотношении.

Изобретение может быть использовано в производстве компонентов полупроводниковых приборов, датчиков, УФ-фильтров, солнечных батарей, гетерогенных катализаторов. Для получения наноразмерных кристаллов оксидов металлов экстракционным способом в дистиллированной воде готовят гетерогенную систему из водорастворимого полимера и фазообразующей соли металла или соли аммония.
Изобретение относится к технологии утилизации отходов латуни, отработанных травильных растворов, отходов цинка и может быть использовано в машиностроении и гальванотехнике.
Изобретение относится к области получения материалов с антибактериальными свойствами на основе тканей из волокна природного происхождения, содержащих неорганические антибактериальные агенты.

Изобретение относится к области мембранных технологий. Способ получения нанопористых мембран для выделения конденсируемых компонентов из газовых смесей, включающий модификацию внутренней поверхности стенок пор мембраны химической иммобилизацией поверхностно-активных веществ, включающих алкоксиалкилсилановую или фосфоновую якорные группы, участвующие в химическом связывании с поверхностными группами стенок пор мембраны, и функциональную часть, определяющую селективный транспорт конденсируемых компонентов газовой смеси, при этом толщина слоя модификатора составляет не менее 10% среднего радиуса пор.

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам получения наноразмерных материалов, которые могут служить фотокатализаторами в процессах окисления органических загрязнений, присутствующих в воде и воздухе, и может быть использовано в химической, фармацевтической и текстильной промышленности. Способ получения наноразмерного оксида цинка включает электрохимическое окисление цинковых электродов в электролизере в растворе электролита. При этом процесс проводят под воздействием асимметричного переменного импульсного тока при средней величине анодной и катодной плотности тока 1,2÷2,4 Асм2 с использованием в качестве электролитов хлорида натрия, хлорида калия или сульфата натрия при температуре синтеза 55÷60°С с последующим фильтрованием, промывкой дистиллированной водой и сушкой при температуре 80°С до постоянной массы конечного продукта. Обеспечивается получение чистого наноразмерного оксида цинка в одну стадию без последующей термической обработки, а использование различных электролитов позволяет варьировать размерами частиц в широком диапазоне. 3 пр.

Наверх