PL239593B1 - Sposób otrzymywania mieszaniny tlenków metali przejściowych o postaci aerożelu - Google Patents

Sposób otrzymywania mieszaniny tlenków metali przejściowych o postaci aerożelu Download PDF

Info

Publication number
PL239593B1
PL239593B1 PL423818A PL42381817A PL239593B1 PL 239593 B1 PL239593 B1 PL 239593B1 PL 423818 A PL423818 A PL 423818A PL 42381817 A PL42381817 A PL 42381817A PL 239593 B1 PL239593 B1 PL 239593B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
manganese
mixture
airgel
cobalt
nickel
Prior art date
Application number
PL423818A
Other languages
English (en)
Other versions
PL423818A1 (pl
Inventor
Piotr Kupracz
Damian Koszelaw
Natalia Majewska
Ryszard Barczyński
Original Assignee
Politechnika Gdanska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Gdanska filed Critical Politechnika Gdanska
Priority to PL423818A priority Critical patent/PL239593B1/pl
Publication of PL423818A1 publication Critical patent/PL423818A1/pl
Publication of PL239593B1 publication Critical patent/PL239593B1/pl

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Description

Przedmiot wynalazku mieści się w dziedzinie aerożeli tlenków metali przejściowych o postaci wysoce porowatej, czyli o powierzchni właściwej większej niż 25 m2/g i dotyczy sposobu otrzymywania mieszaniny tlenku manganu i niklu albo manganu i kobaltu albo manganu, niklu i kobaltu o postaci aerożelu, mających zastosowanie zwłaszcza jako materiał aktywny do pokrywania katod budujących baterie o elektrolicie litowym.
Tlenki metali przejściowych o postaci aerożelu stanowią materiały porowate charakteryzujące się dużą powierzchnią właściwą, dzięki czemu znalazły szerokie zastosowanie w technice m.in. jako katalizatory procesów chemicznych oraz jako materiał do pokrywania elektrod w odwracalnych ogniwach litowych i superkondensatorach.
W opisie patentowym US 6986818 przedstawiono sposób otrzymywania tlenków metali i ich mieszaniny, polegający na tym, że w pierwszym etapie sól metalu Fe3+, Cr3+, Al3+, Ga3+, In3+, Hf4+, Sn4+, Zr4+, Nb5+, W6+, Pr3+, Er3+, Nd3+, Ce3+, U3+, lub Y3+ rozpuszcza się w rozpuszczalniku, a następnie dodaje się akceptor protonowy w postaci substancji z rodziny epoksydów. W celu otrzymania kserożelu lub aerożelu stosuje się odpowiednio suszenie w warunkach atmosferycznych lub nadkrytycznych dla zastosowanego rozpuszczalnika i w obecności tlenu. Metoda ta nie pozwala otrzymać aerożelu, w skład którego wchodziłby tlenek manganu.
Z opisu zgłoszenia wynalazku CN105271422 znany jest sposób otrzymywania tlenku manganu(IV) MnO2 o postaci aerożelu polegający na przygotowaniu zawiesiny z bardzo cienkich płatków MnO2 oraz wody. Zawiesinę tę następnie poddaje się chłodzeniu poniżej temperatury zamarzania wody, a poprzez wykorzystanie zdolności matrycy z kryształków lodu do samoorganizacji, doprowadza się do ułożenia płatków MnO2 w matrycy lodu, tak by tworzyły trójwymiarową strukturę. Następnie całość substancji poddaje się suszeniu w niskim ciśnieniu i temperaturze poniżej punktu krzepnięcia wody by otrzymać tlenek manganu(IV) o postaci aerożelu o bardzo niskiej gęstości. Otrzymany tą metodą aerożel tlenku manganu(IV) ma wielkość porów 45-60 mikronów, średnicę ścianek porów 35-60 mikronów, zaś gęstość około 0,51 mg/cm3. Sposób ten dotyczy otrzymywania tylko tlenku manganu(IV).
Jednym spośród potencjalnych materiałów do zastosowania jako materiał aktywny do pokrywania anody w odwracalnych ogniwach litowych jest tlenek manganu(II) o możliwie dużej powierzchni właściwej. Aerożel jest postacią materiałów tlenkowych o największej powierzchni właściwej, która może, na przykładzie tlenku niklu(II) lub tlenku żelaza(II), osiągnąć nawet 250 m2/g. Jednakże nie udało się dotychczas otrzymać mieszaniny tlenków metali przejściowych takich jak mieszaniny tlenku manganu i tlenku niklu, tlenku manganu i tlenku kobaltu, ani mieszaniny tlenku manganu, tlenku kobaltu i tlenku niklu o postaci wysoce porowatej, jak aerożel. Z tego względu celem wynalazku jest opracowanie metody umożliwiającej otrzymanie mieszaniny co najmniej dwóch tlenków metali przejściowych zawierającej tlenek manganu(II) oraz tlenek niklu lub tlenek kobaltu o postaci jednolitego trójwymiarowego aerożelu i o unikalnych właściwościach tj. dużej powierzchni właściwej wynoszącej co najmniej 25 m2/g, niskiej gęstości oraz dużej wytrzymałości mechanicznej.
W trakcie badań prowadzonych w Katedrze Fizyki Ciała Stałego Politechniki Gdańskiej, nieoczekiwanie okazało się, że mieszanina tlenku manganu(II) z innym wybranym tlenkiem metali przejściowych spośród tlenku niklu, tlenku kobaltu otrzymana opracowanym sposobem poprawia wytrzymałość mechaniczną oraz przewodnictwo elektryczne i uzyskuje się mieszaninę tlenków o postaci aerożeli o dużej powierzchni właściwej.
Sposób otrzymywania tlenków metali przejściowych o postaci aerożelu charakteryzuje się według wynalazku tym, że jako sole metalu przejściowego stosuje się czterowodny chlorek manganu(ll) oraz sześciowodny chlorek niklu(ll) i sześciowodny chlorek kobaltu(II) lub czterowodny chlorek manganu(ll) oraz sześciowodny chlorek kobaltu(ll) lub czterowodny chlorek manganu(ll) oraz sześciowodny chlorek niklu(ll), który rozpuszcza się w metanolu i/lub etanolu z tym, że zachowuje się sumaryczną zawartość użytych soli metali przejściowych w otrzymanym roztworze soli w rozpuszczalniku w granicach od 13% do 25% wagowych. Następnie przeprowadza się reakcje żelowania w ten sposób, że na 100 g otrzymanego roztworu soli w rozpuszczalniku dodaje się od 30 g do 59 g epoksydu w postaci eteru butylowo-glikolowego i pozostawia się tak otrzymaną mieszaninę w atmosferze o zwartości tlenu poniżej 3% wagowych w temperaturze od 18°C do 32°C aż do zżelowania. Następnie, wciąż utrzymując warunki o obniżonej zawartości tlenu poniżej 3% wagowych, otrzymany żel suszy się w warunkach nadkrytycznych z udziałem alkoholu aż do otrzymania mieszaniny tlenków metali przejściowych o strukturze aerożelu.
PL 239 593 B1
Zachowuje się stosunek wagowy użytych soli manganu do soli niklu i/lub soli kobaltu w mieszaninie w zakresie od 3 : 7 do 5 : 2.
Korzystnie, reakcję żelowania przeprowadza się w warunkach beztlenowych w temperaturze 18°C do 32°C.
Korzystnie, zżelowany roztwór przed procesem suszenia poddaje się płukaniu rozpuszczalnikiem polarnym z grupy alkoholi.
Korzystnie, reakcję żelowania przeprowadza się w atmosferze o zwartości tlenu poniżej 3% wagowych przez okres od 6 godzin do 5 dni.
Naczynie, w którym przeprowadza się żelowania, nie powinno wchodzić w reakcję z substancją znajdującą się wewnątrz, można użyć na przykład zlewki szklanej lub polipropylenowej. Czas żelowania powinien trwać do momentu otrzymania sztywnego żelu i przebiegać w atmosferze obojętnej o zawartości tlenu poniżej 3% wagowych, w tym także atmosferze całkowicie beztlenowej. Substancje po procesie żelowania w celu otrzymania struktury aerożelu, powinny być suszone w atmosferze obojętnej o zawartości tlenu poniżej 3% wagowych oraz warunkach nadkrytycznych dla zastosowanego rozpuszczalnika. Używany reaktor wysokociśnieniowy powinien być przystosowany do pracy w warunkach powyżej temperatury i ciśnienia punktu krytycznego rozpuszczalnika, dokładne wartości ciśnienia oraz temperatury wynikają z doboru rozpuszczalnika. Otrzymana mieszanina tlenków w postaci aerożelu, będzie posiadać tym mniejszą powierzchnię właściwą, im większe stężenie soli tlenków metali przejściowych będzie wykorzystane na etapie przygotowywania żelu.
Sposób według wynalazku umożliwia otrzymanie mieszaniny tlenków manganu, niklu i/lub kobaltu o strukturze objętościowego aerożelu tj. o wszystkich trzech wymiarach przekraczających 10 mm i powierzchni właściwej powyżej 25 m2/g, dzięki czemu taki materiał znajduje zastosowanie jako materiał aktywny o dużej powierzchni właściwej do pokrywania elektrod w odwracalnych ogniwach litowych, superkondensatorach oraz jako katalizator na przykład spalania metanu w temperaturze poniżej 400°C. Wykorzystanie mieszaniny tlenków otrzymanych według wynalazku do pokrywania otrzymywania elektrod superkondensatorów znacząco polepsza pojemność superkondesatorów.
Wynalazek został bliżej opisany w przykładach wykonania.
P r z y k ł a d 1
Mieszaninę tlenków manganu, niklu i kobaltu o postaci aerożelu w formie jednolitego materiału otrzymuje się w ten sposób, że do szklanej kolby wlewa się 5 ml rozpuszczalnika w postaci metanolu i rozpuszcza się w nim 396 mg czterowodnego chlorku manganu(II), 476 mg sześciowodnego chlorku niklu(II) i 462 mg sześciowodnego chlorku kobaltu(II). W efekcie otrzymuje się roztwór soli manganu, niklu i kobaltu o zawartości odpowiednio 7,5%, 9% i 8,7% wyrażonej w pro centach masowych soli w roztworze. Natychmiast po całkowitym rozpuszczeniu soli w rozpuszczalniku, do w otrzymanego roztworu dodaje się 3,38 ml katalizatora w postaci epoksydu jakim jest eter butylowo-glicydylowy. Całość miesza się szklaną bagietką przez 1 minutę, po czym umieszcza w eksykatorze o stabilizowanej temperaturze 32°C, który to przepłukuje się azotem do czasu, aż zawartość tlenu w gazie wypełniającym eksykator spadnie do 0,5% wagowych. W szczelnie zamkniętym eksykatorze w temperaturze 32°C pozostawia się otrzymany dotychczas roztwór, obserwuje się co około 12 godzin pod kątem zmiany lepkości i utrzymuje w eksykatorze aż do przejścia roztworu od stanu ciekłego do stanu żelowego, co ocenia się poprzez odchylanie od pozycji pionowej eksykatora i pomiarze czasu potrzebnego do wyrównania powierzchni mieszaniny znajdującej się w kolbie znajdującej się w eksykatorze. Początek zmian obserwuje się między 12 a 24 godziną od dodania katalizatora. W celu dokończenia procesu żelowania, kolbę z mieszaniną pozostawia się w eksykatorze jeszcze przez kolejną dobę od czasu zaobserwowania zmiany ze stanu płynnego do sztywnego. Otrzymane w ten sposób żel poddaje się suszeniu w warunkach nadkrytycznym znanym sposobem w warunkach o zawartości tlenu poniżej 0,5% wagowych. W tym celu szklaną kolbę z otrzymanym żelem umieszcza się w reaktorze wysokociśnieniowym i wypełnia azotem aż ciśnienie gazu wewnątrz reaktora przekroczy ciśnieni krytyczne etanolu i osiągnie wartość 65 barów, przy czym zawartość tlenu utrzymuje się aby nie przekraczała 0,5% wagowych. Następnie, z szybkością 5°C/min ogrzewa się szczelnie zamkniętą komorę reaktora wysokociśnieniowego aż do temperatury przekraczającej temperaturę krytyczną etanolu, najlepiej do 300°C. Jednocześnie na skutek ogrzewania podnosi się ciśnienie wewnątrz reaktora powyżej 100 barów. W tak otrzymanych warunkach nadkrytycznych utrzymuje się naczynie z żelem przez 4 godziny w celu równego wymieszania się płynów w komorze reaktora z płynami wypełniającymi pory żelu, po czym zmniejsza się ciśnienie wewnątrz
PL 239 593 B1 reaktora poprzez wypuszczanie z niego gazów z prędkością 12 bar/godzinę, aż do uzyskania ciśnienia atmosferycznego. Następnie chłodzi się reaktor do temperatury pokojowej z szybkością 5°C/min. Po tak przeprowadzonym procesie suszenia, można od razu wyciągnąć kolbę szklaną z uzyskaną mieszaniną tlenków manganu(II), niklu(II) i kobaltu(II) o postaci aerożelu.
W ten sposób otrzymany aerożel posiada powierzchnię właściwą 50 m2/g, co oceniano metodą liniowej formy równania izotermy BET. Otrzymany aerożel charakteryzuje objętościowa przewodność elektryczna na poziomie 3,2 x 10-8 S/cm, niska gęstość wynosząca 0,25 g/cm3 oraz wysoka wytrzymałość mechaniczna.
Otrzymana tym sposobem mieszanina tlenków manganu, niklu i kobaltu o postaci aerożelu znajduje zastosowanie jako materiał aktywny do pokrywania katod w superkondensatorach oraz jako wydajny katalizator spalania węglowodorów w temperaturze poniżej 450°C.
P r z y k ł a d 2
Mieszaninę tlenków manganu i kobaltu o postaci aerożelu w formie jednolitego materiału otrzymuje się w ten sposób, że do szklanej kolby wlewa się 5 ml rozpuszczalnika w postaci metanolu i rozpuszcza się w nim 885 mg czterowodnego chlorku manganu(II) i 347 mg sześciowodnego chlorku kobaltu(II). Natychmiast po całkowitym rozpuszczeniu soli dodaje się 1,69 ml katalizatora w postaci eteru butylowo glicydylowego. W efekcie otrzymuje się roztwór soli manganu i kobaltu o zawartości odpowiednio 17% i 6,7% wyrażonej w procentach masowych soli w roztworze. Całość miesza się szklaną bagietką przez 1 minutę, po czym umieszcza w eksykatorze o stabilizowanej temperaturze 24°C, który to przepłukuje się azotem do czasu, aż zawartość tlenu w gazie wypełniającym eksykator spadnie do 2,5% Wagowych. W szczelnie zamkniętym eksykatorze w temperaturze 24°C pozostawia się otrzymany dotychczas roztwór, obserwując go co około 12 godzin pod kątem zmiany lepkości i utrzymuje w eksykatorze aż do przejścia roztworu od stanu ciekłego do stanu żelowego, co ocenia się poprzez odchylanie od pozycji pionowej eksykatora i pomiarze czasu potrzebnego do wyrównania powierzchni mieszaniny znajdującej się w kolbie znajdującej się w eksykatorze. Początek zmian obserwuje się między 12 a 24 godziną od dodania katalizatora. W celu dokończenia procesu żelowania, kolbę z mieszaniną pozostawia się w eksykatorze jeszcze przez kolejne 4 doby od czasu zaobserwowania zmiany ze stanu płynnego do sztywnego. Otrzymany w ten sposób żel poddaje się suszeniu w warunkach nadkrytycznym znanym sposobem w warunkach o zawartości tlenu poniżej 2,5% wagowych. W tym celu naczynie, w postaci szklanej kolby, z otrzymanym żelem umieszcza się w reaktorze wysokociśnieniowym i wypełnia azotem aż ciśnienie gazu wewnątrz reaktora przekroczy ciśnienie krytyczne etanolu i osiągnie wartość 65 barów, przy czym zawartość tlenu nie może wówczas przekraczać 0,5% wagowego. Następnie, z szybkością 5°C/min ogrzewa się szczelnie zamkniętą komorę reaktora wysokociśnieniowego aż do temperatury przekraczającej temperaturę krytyczną etanolu, najlepiej do 300°C. Jednocześnie na skutek ogrzewania podnosi się ciśnienie wewnątrz reaktora powyżej 100 barów. W tak otrzymanych warunkach nadkrytycznych utrzymuje się naczynie z żelem przez 4 godziny w celu równego wymieszania się płynów w komorze reaktora z płynami wypełniającymi pory żelu, po czym zmniejsza się ciśnienie wewnątrz reaktora poprzez wypuszczanie z niego gazów z prędkością 12 barów/godzinę, aż do uzyskania ciśnienia atmosferycznego. Następnie chłodzi się reaktor do temperatury pokojowej z szybkością 5°C/min. Po tak przeprowadzonym procesie suszenia, można od razu wyciągnąć kolbę szklaną z uzyskaną mieszaniną tlenków manganu(II) i kobaltu(II) o postaci aerożelu.
W ten sposób otrzymany aerożel posiada powierzchnię właściwą 25 m2/g, co oceniano metodą liniowej formy równania izotermy BET. Otrzymany aerożel charakteryzuje objętościowa przewodność elektryczna na poziomie 3,7 x 10-8S/cm, niska gęstość wynosząca 0,35 g/cm3 oraz wysoka wytrzymałość mechaniczna.
Otrzymana tym sposobem mieszanina tlenków manganu i kobaltu o postaci aerożelu znajduje zastosowanie jako materiał aktywny do pokrywania katod w superkondensatorach oraz jako wydajny katalizator spalania węglowodorów w temperaturze poniżej 450°C.
P r z y k ł a d 3
Mieszaninę tlenków manganu i niklu o postaci aerożelu w formie jednolitego materiału otrzymuje się w ten sposób, że do szklanej kolby wlewa się 5 ml rozpuszczalnika w postaci metanolu i rozpuszcza się w nim 594 mg czterowodnego chlorku manganu(II) i 714 mg sześciowodnego chlorku niklu(II). W efekcie otrzymuje się roztwór soli manganu i niklu o zawartości odpowiednio 11,3% i 13,6% wyrażonej w procentach masowych. Natychmiast po całkowitym rozpuszczeniu soli dodaje się 3,38 ml katalizatora w postaci
PL 239 593 B1 eteru butylowo-glicydylowego. Całość miesza się szklaną bagietką przez 1 minutę, po czym umieszcza w eksykatorze o stabilizowanej temperaturze 18°C, który to przepłukuje się azotem do czasu, aż zawartość tlenu w gazie wypełniającym eksykator spadnie do 2% wagowych. W szczelnie zamkniętym eksykatorze w temperaturze 18°C pozostawia się otrzymany dotychczas roztwór, który obserwuje się co około 6 godzin pod kątem zmiany lepkości i utrzymuje w eksykatorze aż do przejścia roztworu od stanu ciekłego do stanu żelowego, co ocenia się poprzez odchylanie od pozycji pionowej eksykatora i pomiarze czasu potrzebnego do wyrównania powierzchni mieszaniny znajdującej się w kolbie znajdującej się w eksykatorze. Początek zmian obserwuje się między 6 a 12 godziną od dodania katalizatora. W celu dokończenia procesu żelowania, kolbę z mieszaniną pozostawia się w eksykatorze jeszcze przez kolejną dobę od czasu zaobserwowania zmiany ze stanu płynnego do sztywnego. Otrzymane w ten sposób żele poddaje się suszeniu w warunkach nadkrytycznym znanym sposobem w warunkach o zawartości tlenu poniżej 0,5% wagowych. W tym celu naczynie, w postaci szklanej kolby, z otrzymanym żelem umieszcza się w reaktorze wysokociśnieniowym i wypełnia azotem aż ciśnienie gazu wewnątrz reaktora przekroczy ciśnieni krytyczne etanolu i osiągnie wartość 65 barów, przy czym zawartość tlenu nie może wówczas przekraczać 0,5% wagowego. Następnie, z szybkością 5°C/min ogrzewa się szczelnie zamkniętą komorę reaktora wysokociśnieniowego aż do temperatury przekraczającej temperaturę krytyczną etanolu, najlepiej do 300°C. Jednocześnie na skutek ogrzewania podnosi się ciśnienie wewnątrz reaktora powyżej 100 barów. W tak otrzymanych warunkach nadkrytycznych utrzymuje się naczynie z żelem przez 4 godziny w celu równego wymieszania się płynów w komorze reaktora z płynami wypełniającymi pory żelu, po czym zmniejsza się ciśnienie wewnątrz reaktora poprzez wypuszczanie z niego gazów z prędkością 12 bar/godzinę, aż do uzyskania ciśnienia atmosferycznego. Następnie chłodzi się reaktor do temperatury pokojowej z szybkością 5°C/min. Po tak przeprowadzonym procesie suszenia, można od razu wyciągnąć kolbę szklaną z uzyskaną mieszaniną tlenków manganu(II) i niklu(II) o postaci aerożelu.
W ten sposób otrzymany aerożel posiada powierzchnię właściwą 52 m2/g, co oceniano metodą liniowej formy równania izotermy BET. Otrzymany aerożel charakteryzuje objętościowa przewodność elektryczna na poziomie 3,6 x 10-8 S/cm, niska gęstość tj. 0,24 g/cm3 oraz wysoka wytrzymałość mechaniczna.
Otrzymana tym sposobem mieszanina tlenków manganu i kobaltu o postaci aerożelu znajduje zastosowanie jako materiał aktywny do pokrywania katod w superkondensatorach oraz jako wydajny katalizator spalania węglowodorów w temperaturze poniżej 450°C.
P r z y k ł a d 4
Sposób przeprowadza się jak opisano w przykładzie 1 z tym, że szklaną kolbę wraz z mieszaniną, po dodaniu epoksydu umieszcza się w eksykatorze o stabilizowanej temperaturze 24°C. Po zakończeniu procesu żelowania, a przed procesem suszenia, do kolby wlewany jest nadmiar etanolu w ilości 8 ml, który po 12 godzinach jest wylewany znad żelu, a w jego miejsce dolewana jest nowa porcja. Taką czynność płukania próbki powtarza się dwukrotnie.
W ten sposób otrzymany aerożel posiada powierzchnię właściwą 57 m2/g, co oceniano metodą liniowej formy równania izotermy BET. Otrzymany aerożel charakteryzuje objętościowa przewodność elektryczna na poziomie 3,4 x 10-8 S/cm, niska gęstość wynosząca 0,22 g/cm3 oraz wysoka wytrzymałość mechaniczna.
P r z y k ł a d 5
Sposób przeprowadza się jak opisano w przykładzie 1 z tym, że do szklanej kolby wlewa się 5 ml rozpuszczalnika w postaci metanolu i rozpuszcza się w nim 179 mg czterowodnego chlorku manganu(II), 215 mg sześciowodnego chlorku niklu(II) i 209 mg sześciowodnego chlorku kobaltu(II). W efekcie otrzymuje się roztwór soli manganu, niklu i kobaltu o zawartości odpowiednio 3,4%, 4,1% i 3,9% wyrażonej w procentach masowych soli w roztworze. Ponadto, dodaje się eteru butylowo-glicydylowego w ilości 1,53 ml, zamiast 3,38 ml jak było to podane w opisie przykładu 1.
W ten sposób otrzymany aerożel posiada powierzchnię właściwą 54 m 2/g, co oceniano metodą liniowej formy równania izotermy BET. Otrzymany aerożel charakteryzuje objętościowa przewodność elektryczna na poziomie 8,7 x 10-9 S/cm, niska gęstość wynosząca 0,22 g/cm3 oraz umiarkowana wytrzymałość mechaniczna.
P r z y k ł a d 6
Badanie właściwości mieszaniny tlenków manganu oraz niklu i/lub kobaltu.
PL 239 593 BI
Otrzymane aerożele mieszaniny tlenków manganu(ll), niklu(ll) i kobaltu(ll) zgodnie z przykładami 1 i 4, tlenków manganu(ll) i kobaltu(ll) zgodnie z przykładem 2, oraz tlenków manganu(ll) i niklu(lI) zgodnie z przykładem 3 poddano analizie, stosując skaningową mikroskopię elektronową połączoną z dyspersyjną spektroskopią promieniami X. Ponadto, aerożel mieszaniny tlenków manganu(ll), niklu(lI) i kobaltu(ll) otrzymany zgodnie z przykładem 5 poddano obrazowaniu, stosując skaningową mikroskopię elektronową. W tym celu odcięto fragmenty otrzymanych mieszanin tlenków w postaci aerożelu, stanowiących próbki do badania, i przyklejono je do stolika mikroskopu elektronowego za pomocą taśmy węglowej. Tak przygotowane próbki umieszczono w komorze próżniowej mikroskopu, a następnie dokonano analizy mikroskopowej. Powyższe mieszaniny tlenków otrzymane zgodnie z przykładami powyżej charakteryzują się wysoką porowatością i rozwiniętą powierzchnią właściwą wynoszącą od 25 m2/g do 57 m2/g. Na zdjęciu 1, uzyskanym za pomocą mikroskopu elektronowego pokazano porowatą strukturę mieszaniny tlenków manganu(ll), niklu(ll) i kobaltu(ll). Analiza dyspersyjną spektroskopią promieniami X EDS wykazała, że obserwowany materiał złożony jest z niemal równych ilości tlenków metali przejściowych, co przedstawiono na wykresie 1. Na zdjęciu 2 pokazano porowatą strukturę mieszaniny tlenków manganu(ll) i kobaltu(ll), a jej analiza dyspersyjną spektroskopią promieniami X wykazała, że obserwowany materiał złożony jest z niemal równych ilości tlenków manganu(ll) i kobaltu(ll), co wyniki pokazano na wykresie 2. Na zdjęciu 3 pokazano porowatą strukturę mieszaniny tlenków manganu(ll) i niklu(ll), a jej analiza dyspersyjną spektroskopią promieniami X wykazała, że obserwowany materiał złożony jest z niemal równych ilości tlenków manganu(ll) i niklu(ll), co pokazano na wykresie 3. Ponadto, wszystkie próbki zawierają znaczącą zawartość chlorków, co świadczy o tym, że proces żelowania nie przebiegał ze 100% skutecznością. Na zdjęciu 4 pokazano strukturę aerożelu z mieszaniny tlenków manganu(ll), kobaltu (II) i niklu(ll), który otrzymano podobniejak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że przed suszeniem żel poddany był płukaniu etanolem. Analiza dyspersyjną spektroskopią promieniami X przełomu tego aerożelu wykazała, że obserwowany materiał złożony jest z niemal równych ilości tlenków manganu(ll), kobaltu(ll) i niklu(ll), ale w stosunku do aerożelu otrzymanego według przykładu nr 1, widoczny jest spadek zawartości chloru, co pokazano na wykresie 4. Na zdjęciu 5 pokazano strukturę aerożelu z mieszaniny tlenków manganu(ll), kobaltu (II) i niklu(ll), który otrzymano podobnie jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że wykorzystano mniejsze stężenia soli manganu, kobaltu i niklu, a także mniejsze stężenie epoksydu butylowo-glicydylowego. Badania wykazały, że podobnie jak w poprzednich przykładach, otrzymany aerożel ma wysoce porowatą strukturę.
Zdjęcie 1: Zdjęcie struktury aerożelu z mieszaniny tlenku manganu, tlenku niklu i tlenku kobaltu otrzymanego zgodnie z opisem zaprezentowanym w przykładzie nr 1.
PL 239 593 BI
Wykres I: Analiza EDS mieszaniny tlenków manganu, niklu i kobaltu otrzymanego zgodnie z opisem zaprezentowanym w przykładzie nr 1.
Zdjęcie 2: Zdjęcie struktury aerożelu z mieszaniny tlenku manganu i kobaltu otrzymanego zgodnie z opisem zaprezentowanym w przykładzie nr 2.
PL 239 593 BI
Wykres 2: Analiza EDS mieszaniny tlenku manganu i kobaltu otrzymanego zgodnie z opisem zaprezentowanym w przykładzie nr 2.
Zdjęcie 3: Zdjęcie struktury aerożelu z mieszaniny tlenku manganu i tlenku niklu otrzymanego zgodnie z opisem zaprezentowanym w przykładzie nr 3.
PL 239 593 BI
Wykres 3: Analiza EDS mieszaniny tlenków manganu i niklu otrzymanego zgodnie z opisem zaprezentowanym w przykładzie nr 3.
Zdjęcie 4: Zdjęcie struktury aerożelu z mieszaniny tlenku manganu, tlenku niklu i tlenku kobaltu otrzymanego zgodnie z opisem zaprezentowanym w przykładzie nr 4.
PL 239 593 Β1
Wykres 4: Analiza EDS mieszaniny tlenków manganu, niklu i kobaltu otrzymanego zgodnie z opisem zaprezentowanym w przykładzie nr 4. Obecność sygnału od złota wynika z metody przygotowania próbki do obserwacji za pomocą mikroskopu elektronowego.
Zdjęcie 5: Zdjęcie struktury aerożelu z mieszaniny tlenku manganu, tlenku niklu i tlenku kobaltu otrzymanego zgodnie z opisem zaprezentowanym w przykładzie nr 5.
Zastrzeżenia patentowe

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe
1. Sposób otrzymywania mieszaniny tlenków metali przejściowych o postaci aerożelu polegający na tym, że rozpuszcza się sole metali przejściowych w rozpuszczalniku, po czym przeprowadza się proces żelowania przy obecności katalizatora, jakim jest akceptor protonowy w postaci epoksydu, a następnie otrzymany żel suszy się w celu otrzymania aerożelu, znamienny tym, że jako sole metalu przejściowego stosuje się czterowodny chlorek manganu(ll) oraz sześciowodny chlorek niklu(lI) i sześciowodny chlorek kobaltu(ll) lub czterowodny chlorek manganu(ll) oraz sześciowodny chlorek kobaltu(ll) lub czterowodny chlorek manganu(ll) oraz sześciowodny chlorek niklu(ll), które rozpuszcza się w metanolu i/lub etanolu z tym, że zachowuje się
PL 239 593 B1 sumaryczną zawartość użytych soli metali przejściowych w otrzymanym roztworze soli w rozpuszczalniku w granicach od 13% do 25% wagowych oraz zachowuje się stosunek wagowy użytych soli manganu do soli niklu i/lub soli kobaltu w mieszaninie w zakresie od 3 : 7 do 5 : 2, a następnie przeprowadza się reakcje żelowania w ten sposób, że na 100 g otrzymanego roztworu soli w rozpuszczalniku dodaje się od 30 g do 59 g epoksydu w postaci eteru butylowo-glicydolowego i pozostawia się tak otrzymaną mieszaninę w atmosferze o zwartości tlenu poniżej 3% wagowych w temperaturze od 18°C do 32°C aż do zżelowania, a następnie wciąż utrzymując warunki o obniżonej zawartości tlenu poniżej 3% wagowych, otrzymany żel suszy się w warunkach nadkrytycznych z udziałem alkoholu aż do otrzymania mieszaniny tlenków metali przejściowych o strukturze aerożelu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję żelowania przeprowadza się w warunkach beztlenowych w temperaturze 18°C do 32°C.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zżelowany roztwór przed procesem suszenia poddaje się płukaniu rozpuszczalnikiem polarnym z grupy alkoholi.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję żelowania przeprowadza się w atmosferze o zwartości tlenu poniżej 3% wagowych przez okres od 6 godzin do 5 dni.
PL423818A 2017-12-11 2017-12-11 Sposób otrzymywania mieszaniny tlenków metali przejściowych o postaci aerożelu PL239593B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL423818A PL239593B1 (pl) 2017-12-11 2017-12-11 Sposób otrzymywania mieszaniny tlenków metali przejściowych o postaci aerożelu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL423818A PL239593B1 (pl) 2017-12-11 2017-12-11 Sposób otrzymywania mieszaniny tlenków metali przejściowych o postaci aerożelu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL423818A1 PL423818A1 (pl) 2019-06-17
PL239593B1 true PL239593B1 (pl) 2021-12-20

Family

ID=66809705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL423818A PL239593B1 (pl) 2017-12-11 2017-12-11 Sposób otrzymywania mieszaniny tlenków metali przejściowych o postaci aerożelu

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL239593B1 (pl)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100589203B1 (ko) * 2005-01-11 2006-06-14 한국과학기술연구원 망간산화물-티타니아 에어로젤 촉매, 그 제조 방법 및상기 촉매를 이용한 염소계 방향족 화합물의 산화분해방법

Also Published As

Publication number Publication date
PL423818A1 (pl) 2019-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. An electrochemical sensor based on metal-organic framework-derived porous carbon with high degree of graphitization for electroanalysis of various substances
Yu et al. Preparation and electrochemical property of Fe 2 O 3 nanoparticles-filled carbon nanotubes
Kwon et al. Self-assembled alloy nanoparticles in a layered double perovskite as a fuel oxidation catalyst for solid oxide fuel cells
JP6997832B2 (ja) 改善された炭素供給源を使用する多孔質炭素材料の調製方法
Gupta et al. Co oxide nanostructures for electrocatalytic water-oxidation: effects of dimensionality and related properties
CN106163805B (zh) 适于氧化还原液流电池的无机微孔离子交换膜
Kim et al. Oxygen evolution reaction activity and underlying mechanism of perovskite electrocatalysts at different pH
Ma et al. Superior gas-sensing and lithium-storage performance SnO 2 nanocrystals synthesized by hydrothermal method
Chen et al. Template-free synthesis of 3D hierarchical nanostructured NiCo 2 O 4 mesoporous ultrathin nanosheet hollow microspheres for excellent methanol electrooxidation and supercapacitors
Kalinina et al. Electrophoretic deposition of a self-stabilizing suspension based on a nanosized multi-component electrolyte powder prepared by the laser evaporation method
Sun et al. Composition dependence of the pore structure and water transport of composite catalyst layers for polymer electrolyte fuel cells
PL239593B1 (pl) Sposób otrzymywania mieszaniny tlenków metali przejściowych o postaci aerożelu
JP4869926B2 (ja) 多孔質アルミナ粒子およびその製造方法
WO2021209920A1 (en) Copper and antimony based material and electrode for the selective conversion of carbon dioxide to carbon monoxide
Jana et al. Processing of low-density alumina foam
Bruinink et al. An AC study of ionic conduction in KHF2 single crystals and polycrystalline samples
Shu et al. Designed anion and cation co-doped Na 3 Sb (WM) x S 4 (M= Cl, Br, I) sulfide electrolytes with an improved conductivity and stable interfacial qualities
Guglielmi et al. Ionic conductivity of perfluorinated ionomer solutions and gels
Yue et al. Syntheses and proton conductivity of mesoporous Nd 2 O 3–SiO 2 and NdOCl–SiO 2 composites
Chen et al. High loading of NiFe active sites on a melamine formaldehyde carbon-based aerogel towards efficient bi-functional electrocatalysis for water splitting
Cui et al. An In Situ Carbonization–Replication Method to Synthesize Mesostructured WO3/C Composite as Nonprecious‐Metal Anode Catalyst in PEMFC
Schuster et al. Geopolymer Based Electrodes as New Class of Material for Electrochemical CO2 Reduction
US20140377662A1 (en) Ultra-lightweight energy storage material
EP0082632B1 (en) Electrode preparation
CN112076766B (zh) 一种金属有机框架衍生ZnTe/ZnO@C纳米片电催化材料及其制备和应用