ВЛИЯНИЕ МОДУЛЯ РАСТВОРИТЕЛЯ НА ВЫХОД НАНООКСИДАМЕДИ (II) ПРИ ТЕРМОЛИЗЕ МЕДНОЙ СОЛИ N,N'-ДИНИТРОМОЧЕВИНЫ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 547.495.4,546.09

ВЛИЯНИЕ МОДУЛЯ РАСТВОРИТЕЛЯ НА ВЫХОД НАНООКСИДАМЕДИ (II) ПРИ ТЕРМОЛИЗЕ МЕДНОЙ СОЛИ ^'-ДИНИТРОМОЧЕВИНЫ

С.Г. Ильясов, М.В. Тильзо, И.В. Казанцев

Оптимизация способа получения наноразмерного порошка оксида меди термолизом медного комплекса М,М'-динитромочевины в апротонном растворителе (ДМФА). Влияние модуля растворителя на время седиментации и выход продукта.

Ключевые слова: оксид меди, нанооксид меди, нанопарошок, термолиз, М,М'-динитро-мочевина, медная соль М,М'-динитромочевины.

ВВЕДЕНИЕ

Ранее в работе [1] нами был описан способ получения наноразмерных частиц оксида меди (II) термолизом медной соли N,N'-динитромочевины (2) в апротонных растворителях. Данный способ отличается простотой аппаратурного оформления, не требует дополнительных реагентов и дает порошки высокой чистоты.

К недостаткам этого метода можно отнести малый выход и длительное время выделения готового порошка.

В настоящей работе исследовано влияние модуля растворителя на выход и время седиментации нанооксида меди (II) из реакционной массы.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Регистрацию ИК-спектров проводили на Фурье-спектрометре «ФТ-801», в таблетках с KBr.

Термоаналитические исследования проводили в условиях программируемого линейного нагрева на дифференциально-сканирующем калориметре DSC822е/400 и модуле термогравиметрического и дифференциального термического анализа TGA/SDTA851е/LF/1600 фирмы «METTLERTOLEDO» в политермическом режиме (в атмосфере азота, при скорости нагрева 10 °С/мин от 23 до 1100 °C).

N.N'-динитромочевина (1). Получали по методике, приведенной в литературе [2]. Промывали 3^10 мл трифторуксусной кислотой, сушили и хранили в эксикаторе над хло-

ристым кальцием не более 3 суток. Физические константы продукта соответствуют литературным данным. Соединение очень чувствительно к статическому электричеству, поэтому при обращении с ним необходимо соблюдать осторожность!

Медная соль Ы,Ы'-динитромочевины (2). Получали по методике, описанной в работе [3]. Полученный продукт хранили под вакуумом при комнатной температуре не более 12 ч. Выход 75 %.

Физические константы продукта соответствуют литературным данным.

Получение нанопорошка оксида меди (II) (3).

К расчетному количеству медной соли ДНМ (з) прибавляли 140 мл (132,23 г) ДМФА. При перемешивании за 20 минут нагревали до 125 °С и выдерживали в течении 6 ч. при температуре 125-130 °С. Затем реакционную массу охлаждали и отстаивали до образования прозрачного раствора. Седиментировав-ший осадок отделяли декантацией. Промывали 3^100 мл этанола и 1*100 мл этокси-этана. Затем сушили до постоянного веса под вакуумом при комнатной температуре.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для применения разработанного способа в промышленных масштабах необходимо повысить выход порошка наноразмерного оксида меди (II) до приемлемого уровня при неизменном качественном составе .

Синтез нанооксида меди (II) вели по разработанной ранее схеме 1.

о

и

о N-HN-C-NH-NO -

CuCO3Cu(OH)2

Cu

о

II

O2N-N-C-N-NO2 2

Схема 1

T=125-130 oC

ДМФА

CuO + CO + HO + NO + n2

H2O

3

ВЛИЯНИЕ MОДУЛЯ РАСТВОРИТЕЛЯ НА ВЫХОД HАHООКСИДАMЕДИ (II) ПРИ ТЕРMОЛИЗЕMЕДHОЙ СОЛИ N,N,-ДИHИТРОMОЧЕВИHЫ

Термолиз вели в неизменном объеме ДМФА, увеличивая загрузку медной соли (2) с шагом 1,4 г. Критерием предела уменьшения модуля служила растворимость исходного реагента в ДМФА.

В результате термолиза, проведенного при различном модуле, были получены данные приведенные в таблице 1 .

Из представленных значений следует, что при первом же снижении модуля до 1 : 47 выход резко возрастает до 94 % и далее остается на уровне 94^97 %. Такое резкое увеличение выхода объясняется уменьшением абсолютного значения потерь целевого продукта при большем его количестве в реакционной массе.

Таблица 1 - Результаты термолиза медной соли (2) при различных модулях растворителя

№ Условия эксперимента Время седиментации из реакционной массы,ч Выход оксида меди (II)

медная соль ДHM (2), г ДMФА, г весовой модуль масса, г % от теор.

1 1,3 132,23 1 94 49 0,09 30

2 2,8 132,23 1 47 12 0,78 94

3 4,2 132,23 1 31 8 1,2 96

4 5,6 132,23 1 23 6 1,55 93

5 7 132,23 1 19 5 2,0 96

6 8,4 132,23 1 16 5 2,42 97

Время седиментации с увеличением модуля растворителя уменьшается достигая предела в 5 ч при соотношении медная соль (2) : ДМФА = 1 : 19.

Качественный состав порошков контролировали термогравиметрическим методом и методом ИК-спектроскопии. Результаты анализа соответствуют приведенным в литературе [5].

Независимо от модуля растворителя на-нооксид меди (II) имеет неизменный химический состав, что подтверждают одинаковые ИК-спектры исследуемых партий оксида (3) (см. рисунок 1).

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

Wavenumber (cm j

Рисунок 1 - Типичный ИК-спектр нанооксида меди (II)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенными исследованиями установлено, что снижение модуля растворителя ведет к увеличению выхода наноразмерного порошка оксида меди (II) и уменьшению времени седиментации вплоть до 5 ч. Выход реакции термолиза составил 94^97 %.

Таким образом, не изменяя технологию и количество используемых растворителей, удалось значительно увеличить производительность способа получения нанопорошка оксида меди (II) методом термолиза медной соли ДHM.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Казанцев, И. В. Синтез наноразмерного оксида меди / И. В. Казанцев, С. Г. Ильясов, В. И. Зайковский // Ползуновский вестник - 2010. -№ 4-1. - С. 20-23.

2. Лобанова, А. А. Химия нитропроизводных мочевины. Синтез ^М-динитромочевины / А. А. Лобанова, Р. Р. Сатаев, Н. И. Попов, С. Г. Ильясов // Журн. орг. химии. - 2000. - Т. 36, вып. 2. - С. 188-191.

3. Ильясов, С. Г. Химия нитропроизводных мочевины. Взаимодействие N^'-динитро-мочевины с основаниями / С. Г. Ильясов, А. А. Лобанова, Н. И. Попов, Р. Р. Сатаев // Журн. орг. химии. - 2002. - Т. 38, вып. 12. - С. 1793-1804.

4. Sergey G. Il'yasov, Igor V. Kazantsev, Mikhail V. Til'zo, Gennady V. Sakovich, Vladimir I. Zaikovski, Igor P. Prosvirin, and Fedor V. Tuzikov, A New Method of Preparing Copper Oxide from Dinitrourea Copper Salt // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Volume 640, Issue 11, P. 21322138.

С.Г. ИЛЬЯСОВ, М.В. ТИЛЬЗО, И.В. КАЗАНЦЕВ

Ильясов С.Г. - д.х.н., заместитель директора по научной работе Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), 8(3854)30-59-37, ilysow@ipcet.ru, admin@ipcet.ru.

Тильзо М.В. - младший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт

проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), 8(3854)30-14-89, mi-hail. tilzo@mail. ru.

Казанцев И.В. - к.т.н., научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), 8(3854)30-19-80, nitroigor@mail.ru.