Начальник отдела инновационных технологий Физико-технического института ИРНИТУ Виктор Кондратьев и старший научный сотрудник ФТИ Эдвард Ржечицкий получили патент на способ выделения углеродных наночастиц из техногенного углеродистого материала. Этот способ будет применяться при выполнении научных исследований в рамках проектной части государственного задания тема № 16.2541.2014/К «Разработка технологии производства наномодифицированного железа и концентратов редкоземельных металлов, оксидов титана, ванадия и скандия из труднообогатимых руд и техногенного минерального сырья».
Предлагаемое техническое решение относится к нанотехнологии и может быть использовано для выделения углеродистого материала, содержащего наночастицы, из потоков отходящих технологических газов электролитического производства алюминия сорбцией с последующим отделением углеродистого материала от сорбента и выделением углеродных наночастиц.
Как отмечают авторы изобретения, общеизвестные способы получения наночастиц, в том числе и углеродных, основаны на различных физико-химических воздействиях на исходные материалы для их деструктуризации и отделения нанопродукта. Как правило, подобные воздействия высоэнергетичны, требуют специального оборудования и значительных затрат. При этом технико-экономическая эффективность таких процессов крайне невысока при высокой стоимости нанопродукта и небольших количествах выхода.
В. Кондратьев и Э. Ржечицкий разработали нестандартное решение задачи получения углеродных наноструктур. Они предлагают использовать материалы, уже подвергнутые высокоэнергетическим электрическим, электромагнитным, термическим, химическим и другим воздействиям и взаимодействиям в различных технологических процессах. Такими материалами являются, как правило, отходы технологических процессов, которые невозможно или нецелесообразно вернуть в основное производство, эффективно переработать в какой-либо товарный продукт с высокими потребительскими свойствами. В тоже время, в данных видах отходах уже содержится ценный продукт - наноуглеродные частицы, образовавшиеся в результате различных физико-химических воздействий на углеродсодержащие материалы в технологических процессах. Задача - выделить наночастицы из данных отходов и, при необходимости, «довести» нанопродукт до качественного товара с высокими потребительскими свойствами.
В предлагаемом решении в качестве такого наносодержащего исходного материала используется наиболее неперерабатываемый техногенный отход - отходящие технологические углеродсодержащие газы.
Переработка данного вида отхода производится поэтапно. На первом этапе из газовой фазы извлекается углеродистый материал, содержащий углеродные наночастицы. Происходит это в процессе технологической очистки отходящего газа перед его выбросом в атмосферу. Процесс осуществляется сорбцией с последующим использованием сорбента в основном производстве (как в случае сухой очистки отходящих газов электролитического производства алюминия с сорбентом в виде глинозема), либо с регенерацией адсорбента и его рециклингом, либо иным способом переработки самого сорбента.
Таким образом, первый этап извлечения наноматериала заложен в технологической производственной схеме и не требует затрат, кроме как на отделение сорбента из технологического потока.
Последующее отделение углеродистого материала от сорбента и выделение наночастиц из углеродистого материала достигается достаточно простыми технологическими приемами, применение которых также не требует значительных энергетических затрат и дорогостоящего оборудования.
Кроме того, осадок после декантирования может быть подвергнут сушке и возвращен в производство, выделение наночастиц из жидкой фазы может быть осуществлено центрифугированием. А углеродистый материал, содержащий наночастицы, авторы изобретения предлагают обрабатывать раствором органической щавелевой кислоты с концентрацией 1,0-1,5% при температуре 60-80°С. Для обогащения продукта углеродными наночастицами путем растворения неорганических примесей можно также использовать растворы кислот или щелочей, однако применение щавелевой кислоты более эффективно.
