Способ получения ферромагнитного графитированного материала

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

{61) Дополнительное к авт. саид-ву

{22) Заявлено 040578 (21) 2610886/23-26 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

Опубликовано 2501.80. Бюллетень 8о 3

Дата опубликования описания 2501.80 (51)М. Кл.

С 01 В 31/04

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй (53) УДК 661.666. . 2 (088. 8) (72) Авторы изобретения

P.А. Буянов, В.В. Чеснсков, B.C. Бабенко

И А д Афанасьев

Ордена Трудового Красчого Знамени институт катализа Сибирского отделения АН СССР (73) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОГО

ГРАФИТИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к производству графитированных материалов, обладающих ферромагнитными свойствами и предназначенных преимущественно для приготовления ферромагнитных чернил, желеэографитовых пигментов для копирования, ферромагнитных синтетических и природных каучуков и пластиков.

Известен способ получения ферромагнитного графитированного материала каталитическим разложением углеводородных газов на поверхности железосодержащей подложки прн 850 †900 под давлением 1-35 атм (lj. 15

Недостатком способа является его сложность, связанная с необходимостью применения повьименных температур и давлений.

Известен также способ получения ферромагнитного графитированного материала, включающий нагревание желеэосодержащей подложки до 650720оС, подачу, углеводородного газа над нагретой подложкой и прекращение подачи газа (2).

Недостаток этого способа заключается в невысокой скорости разложения углеводорода н образования 30 ферромагнитного графитированного материала.

Цель изобретения — сокращение длительности процесса получения графитированного материала.

Поставленная цель достигается тек, что нагревают желеэосодержащую подложку до 650-720 С, подачу углеводородного газа над нагретой подложкой, прекращение подачи газа, выдерживание подложки в инертной среде при 650 †7 С в течение 550 мин или охлаждение до 20-450 С с последующим нагреванием до 650-720 < и возобновлением подачи углеводородного газа.

Процесс прекращения и подачи газа повторяют 1-5 раз.

Образование углеродных отложений на железосодержащей подложке протЕкает по механизму карбидного цикла, т.е. с образованием карбидов железа с последующим их полным или частичным разложением. При образовании карбидов происходит разъедание поверхности катализатора и его диспергация.

При распаде карбидов углеродные атомы агрегируются в графитовую структуру, а карбиды, не успевшие распасть710933 ся, захватываются псевдографитовой структурой углеродных отложений и выносятся н массу углерода. Одновременно выносится и часть механически захваченных мелкодисперсных частиц железа.

При температурах до 720 С в образующихся на железосодержащей подложке углеродных отложениях содержится карбид железа. Выдерживание такой подложки с отложениями в инертной среде при 650-720 С в течение 5-30 мин приводит к разложению карбида железа с образованием углерода и дисперсного железа. Дисперсное железо увеличивает скорость разложения углеводорода при последующем его введении. Выдержка в инертной среде менее 5 мин не при- 15 водит к заметному увеличению скорости разложения углеводородов, а более

30 мин — нецелесообразна, так как скорость разложения начинает уменьшаться. О 20

Охлаждение подложки до 20-450 С (при этих температурах карбид устойчив) также приводит к увеличению скорости отложения углерода.

Пример. 1. Оксид железа мар- д5 ки ОСЧ (размер зерен 0,5-1,0 мм, удельная поверхность 10 м /г) н количестве 0,27 r загружают в кварцевую корзинку диаметром 22 мм. Корзинку помещают в реактор с весами Мак-Бена, внутренний диаметр трубки 26 мм. Навеску нагревают до 650 С со скоростью

10-25 С мин в токе аргона (75 л/ч).

Затем в реактор подают бутадиен-1,3 (7,5 л/ч), данление н реакторе

1,2 атм. Через час бутадиен-1,3 отключают и охлаждают зауглероженный образец в токе аргона (75 л/ч) до

60 С в течение 30 мин. Содержание углерода в полученном зауглероженном образце составляет 40 вес.Ъ, образец 40 содержит карбид железа и железо (око. ло 50Ъ всего железа находится в виде фазы железа) °

Далее эауглероживание проводят следующими циклами.

Нагревают образец в токе аргона со скоростью 20-25 С/мин до 650 С и после достижения температуры 650 С подают бутадиен-1,3 (7,5 л/ч) в течение 10 мин.

Отключают. бутадиен-1,3 и охлаждают образец в токе аргона до 60 С в течение 30 мин.

После первого цикла, содержание углерода в образце составляет 90. вес.Ъ, после второго 92,7 вес.Ъ, после 55 третьего 94,3 вес.Ъ, после четвертого 94,9 вес.Ъ, после пятого 95,1 вес. t.

Состав получаемого продукта: углерод и металлическое железо.

Пример 2. Процесс проводят как н примере i, эа исключением того, что время подачи углеводорода в цикле составляет не 10 мин, а 30 мин. Содержание углерода н продукте после первого цикла 92,6 вес.Ъ, после втоо5

poro 94 нес.Ъ, после третьего 95 вес.Ъ, после четвертого 95,7 нес.Ъ.

Состав продукта: графит и железо.

Пример 3. Карбид железа Ге9С (фракция размером частиц О, 5-1, О мм, удельная поверхность 3,4 м /г, содержание углерода 6,67 вес. Ъ) в количестве 0,23 r загружают в кварцевую корзинку диаметром 22 мм. Корзинку помещают в реактор с весами Мак-Бена, внутренний диаметр трубки реактора

26 мм. Нанеску нагревают со скоростью 20-25 С/мин до 700 С в токе ..аргона (75 л/ч) и выдерживают при

700 С в токе аргона в течение 15 мин.

Затем н реактор подают бутадиен-l, 3 (7,5 л/час), давление в реакторе

1,2 атм. После выдержки в реакционной смеси прекращают подачу бутадиена-1,3,охлаждают образец до комнатной температуры. Содержание углерода в .продуктах, получаемых через 5 мин

81 нес.Ъ, через 11 мин 89,9 вес.Ъ, через 15 мин 91,1 вес.Ъ, через

50 мин 93,2 вес.Ъ.

Состав продукта: графит и железо. Пример 4. Карбид железа

Fe С (фракция 0,5-1,0 мм, удельная поверхность 3,4 м /r) в количестве

0,225 г загружают в кварцевую корзинку диаметром 22 мм. Корзинку помещают в реактор с весами Мак-Бена, внутренний диаметр трубки реактора

26 мм, и нагревают в токе аргона (75 л/ч) до 650 С со скоростью 1025 С/мин.Выдерживают образец в токе аргона при 650 С в течение 30 мин, затем подают бутадиен-1,3 (7,5 л/ч) в течение 30 мин. Содержание углерода н полученном образце 58,7 вес.Ъ, остальное железо.

Бутадиен-1,3 отключают, образец охлаждают до 400 С со скоростью о

50 С/мин вновь нагревают до 650 С со о скоростью 15-20 С/мин и затем подают бутадиен-l, 3 (7, 5 л/ч) в течение

20 мин. Охлаждают полученный продукт в токе аргона до комнатной температуры. Состав продукта: углерод и железо, содержание углерода 83,7 вес.Ъ.

Пример 5. Оксид железа марки ОСЧ (размер зерен 0,5-1,0 мм, удельная поверхность 10 м /г) в количестве 0,27 r загружают в кнарцевую корзинку диаметром 22 мм. Корзинку помещают н реактор с весами

Мак-Бена, внутренний диаметр трубки реактора 26 мм. Навеску нагренают до 650 С со скоростью 10-25 C/ìèí н токе аргона (75 л/ч). Затем н реактор подают бутадиен-l,3 (7,5 л/ч),давление н реакторе 1,2 атм.Через час бутадиен-1,3 отключают и выдерживают образец при 650оС в токе аргона в течение 15 мин. Содержание углерода в образце 40 нес.Ъ, остальное железо.

После выдержки зауглероженного образца в инертной среде при 650 С н течение 15 мин, вновь подают бу710933

Составитель В. Иванов

Техоед О. Андрейко Коооектоо

Тираж 565 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Редактор A. Павлюк

Заказ 8582/10 тадиен-1,3, но уже в течение 10 мин.

Затем бутадиен-1, 3 отключают и охлаждают образец в токе аргона до комнатной температуры. Полученный продукт содержит 60 вес. Ъ углерода, остальное — железо. Как видно, выдержка образца при температуре реакции в инертной среде привела к увеличению содержания углерода в продукте на 20% за 10 мин его контактирования с углеводородом.

Рентгенографический и злектронографический анализ показывает, что межплоскостные расстояния углеродистых образований во всех примерах соответствуют графику.

Параллельно каждому примеру проводят процесс получения ферромагнитного графитированного материала известным способом с таким же временем контактирования подложки с углеводородными газами. Во всех случаях сОдержание углерода на подложках было в 1,5-2 раза меньше.

Использование изобретения сокращает длительность процесса в 1,52 раза.

Формула изобретения

1. Способ получения ферромагнитного графитированного материала, включающий нагрев железосодержащей подложки до 650-720 С, подачу углеводородного газа над нагретой подложкой и прекращение подачи газа, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения длительности процесса, после прекращения подачи газа подложку выдерживают в инертной среде или охлаждают с последующим нагреванием до 650-720 С и затем. возобновляФ ют подачу углеводородного газа.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что подложку выдерживают в инертной среде при 650-720 С в течение 5-30 мин.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю-!

5 шийся тем, что подложку охлаждают до 20-450оС

4. Способ по пп.1-3, о т л ич а ю шийся тем, что прекращают и возобновляют подачу газа 1-5 раз.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 380714, кл. С 21 В 15/02, заявлено

09.08.71.

2. Журнал Carbon, 1970, т.8, 9 3, с. 365-374 (прототип).