PL236554B1 - Sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4 - Google Patents

Sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4 Download PDF

Info

Publication number
PL236554B1
PL236554B1 PL427390A PL42739018A PL236554B1 PL 236554 B1 PL236554 B1 PL 236554B1 PL 427390 A PL427390 A PL 427390A PL 42739018 A PL42739018 A PL 42739018A PL 236554 B1 PL236554 B1 PL 236554B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
sub
graphene
mnfe2o4
pressure
composites
Prior art date
Application number
PL427390A
Other languages
English (en)
Other versions
PL427390A1 (pl
Inventor
Anna Jędrzejewska
Daniel Sibera
Roman Jędrzejewski
Original Assignee
Univ West Pomeranian Szczecin Tech
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 Univ West Pomeranian Szczecin Tech filed Critical Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority to PL427390A priority Critical patent/PL236554B1/pl
Publication of PL427390A1 publication Critical patent/PL427390A1/pl
Publication of PL236554B1 publication Critical patent/PL236554B1/pl

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania kompozytu grafen/MnFe2O4 polegający na przygotowaniu mieszaniny tlenku grafenu, azotanu żelaza III, azotanu manganu, wody amoniakalnej, etanolu i poddaniu jej obróbce ciśnieniowej, który charakteryzuje się tym, że mieszaninę poddaje się obróbce ciśnieniowej w solwotermalnym reaktorze mikrofalowym, przez czas od 15 do 45 minut przy ciśnieniu od 4 do 5 MPa, następnie otrzymany materiał płucze się wodą destylowaną i suszy.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4. Nanokompozyty mogą być wykorzystane w przemyśle elektronicznym.
W literaturze opisano kilka metod otrzymywania nanokompozytów grafen/MnFe2O4. Procesy te prowadzi się wieloetapowo. W pierwszym etapie zawiesinę tlenku grafenu w wodzie, etanolu lub acetonie poddaje się procesowi sonifikacji. Następnie do takiej mieszaniny dodaje się sól żelaza (azotan, chlorek lub octan) i sól manganu (azotan, chlorek lub inne). W kolejnym etapie do mieszaniny dodaje się wodorotlenek sodu, wodorotlenek potasu lub wodę amoniakalną w celu podniesienia pH roztworu i wytrącenia wodorotlenku żelaza i wodorotlenku manganu. Końcowym etapem preparatyki jest umieszczenie mieszaniny w autoklawie lub innym urządzeniu ciśnieniowym i przeprowadzenie procesu ciśnieniowego w czasie od kilku do kilkunastu godzin.
W pracy Weihua Cai, Ting Lai, Wanlin Dai, Jianshan Ye „A facile approach to fabricate flexible all-solid-state supercapacitors based on MnFe2O4zgraphene hybrids” Journal of Power Sources 255 (2014) 170el78 przedstawiono metodę otrzymywania nanokompozytów grafen/MnFe2O4 w autoklawie. Parametry syntezy w autoklawie wynosiły 200°C i czas 10 h. Materiałami wyjściowymi do syntezy były chlorki żelaza i manganu. Jako środowisko reakcji autorzy wykorzystali glikol etylenowy. Przed umieszczeniem roztworu w autoklawie do mieszaniny dodano octan sodu wymieszany z glikolem polietylenowym. Po syntezie otrzymany materiał został wypłukany i wysuszony. Otrzymane kompozyty były charakteryzowane przy użyciu takich metod jak: XRD, SEM, FESEM. Przy użyciu tej samej metody swoje kompozyty otrzymywał Santhosh Chella. Wyniki swojej pracy opublikował w artykule Santhosh Chella, Pratap Kollu, Eswara Vara P R Komarala, Sejal Doshic, Murugan Saranya, Sathiyanathan Felix, Rajendran Ramachandran, Padmanapan Saravanan, Vijaya Lakshmi Koneru, Velmurugan Venugopal, Soon Kwan Jeong, Andrews Nirmala Grace, „Solvothermal synthesis of MnFe2O4-graphene composite Investigation of its adsorption and antimicrobial properties” Applied Surface Science 327 (2015) 27-36. Dzięki metodom takim jak: XRD, SEM i XPS potwierdzono otrzymanie kompozytów grafen/MnFe2O4.
Przy zastosowaniu tych samych reagentów i warunków syntezy kompozyty grafen/MnFe2O4 otrzymywała Natalia Ueda Yamaguchi. Wyniki swojej pracy zamieściła w publikacji Natalia Ueda Yamaguchi, Rosangela Bergamasco, Safia Hamoudi „Magnetic MnFe2O4-graphene hybrid composite for efficient removal of glyphosate from water” Chemical Engineering Journal 295 (2016) 391-402. Otrzymanie kompozytów zostało potwierdzone przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej i dyfrakcji rentgenowskiej.
Otrzymywanie metodą hydrotermalną kompozytów złożonych z grafenu i spinelu manganowo żelazowego opisali Kalimuthu Vijaya Sankar i Ramakrishnan Kalai Selvan w pracy o tytule „The ternary MnFe2O4/graphene/polyaniline hybrid composite as negative electrode for supercapacitors” Journal of Power Sources 275 (2015) 399e407. Jako materiały wyjściowe do otrzymania MnFe2O4 zastosowano azotan manganu i azotan żelaza. W pierwszym etapie sole manganu i żelaza z niewielkim dodatkiem glicyny rozpuszczano w wodzie destylowanej i umieszczano w glikolu etylenowym energicznie mieszając. Powstały roztwór umieszczano na gorących płytkach w celu odwodnienia. Powstały w ten sposób suchy żel podgrzewano w celu zainicjowania reakcji samospalenia i otr zymania proszku MnFe2O4. W kolejnym etapie powstały MnFe2O4 przenoszono do roztworu grafenu w wodzie z niewielką ilością 8 M NaOH. Otrzymaną mieszaninę umieszczano w pojemniku teflonowym i prowadzono syntezę w autoklawie przy temperaturze 180°C i w czasie 12 h. Otrzymane materiały charakteryzowano przy użyciu XRD i FT-IR.
Xiyue Peng razem ze swoim zespołem w pracy „Green fabrication of magnetic recoverable graphene/MnFe2O4 hybrids for efficient decomposition of methylene blue and the Mn/Fe redox synergetic mechanism” RSC Adv., 2016, 6, 104549, przedstawił metodę otrzymywania kompozytów przy wykorzystaniu siarczanów żelaza i manganu oraz grafenu otrzymanego metodą Hummersa. W pierwszym etapie procesu otrzymywania kompozytów, autorzy sporządzili zawiesinę grafenu i odpowiednich ilości siarczanu żelaza i manganu. Po bardzo dobrym wymieszaniu zawiesiny dodawano do niej 2 M KOH w celu poniesienia pH roztworu do 12. Podniesienie pH umożliwia wytrącenie się odpowiednich wodorotlenków w roztworze (wodorotlenek żelaza i wodorotlenek manganu). Kompozyty składające się z grafenu i MnFe2O4 autorzy również otrzymywali w procesie ciśnieniowym w autoklawie przy temperaturze 150°C i w czasie 15 h. Otrzymane w ten sposób kompozyty płukano wodą destylowaną i suszono w temperaturze 80°C. Otrzymane materiały charakteryzowano przy użyciu spektroskopii Ramana, dyfrakcji rentgenowskiej, termograwimetrii i skaningowej mikroskopii elektronowej.
PL 236 554 B1
Interesujący sposób otrzymywania kompozytów przedstawiono w publikacji Yunjin Yao, Yunmu Cai, Fang Lu, Fengyu Wei, Xiaoyao Wang, Shaobin Wang „Magnetic recoverable MnFe2O4 and MnFe2Q4-graphene hybrid as heterogeneous catalysts of peroxymonosulfate activation for efficient degradation of aqueous organic pollutants” Journal of Hazardous Materials 270 (2014) 61-70. W tej metodzie połączono tlenek grafenu, azotan żelaza i octan manganu w wodzie. Roztwór mieszano aż do całkowitego rozpuszczenia soli żelaza i manganu. Następnie do otrzymanego roztworu dodano roztwór wodny hydrazyny i amoniaku. Synteza kompozytów została przeprowadzona w łaźni wodnej w temperaturze 80°C i w czasie 4 h. Gotowy materiał płukano wodą destylowaną i suszono w temperaturze 60°C. Otrzymane kompozyty badano przy użyciu XRD, SEM, TEM, TGA i spektroskopii Ramanowskiej.
Sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4, według wynalazku, polegający na przygotowaniu mieszaniny tlenku grafenu, azotanu żelaza III, azotanu manganu, wody amoniakalnej, etanolu i poddaniu jej obróbce ciśnieniowej, charakteryzuje się tym, że mieszaninę poddaje się obróbce ciśnieniowej w solwotermalnym reaktorze mikrofalowym, przez czas od 15 do 45 minut przy ciśnieniu od 4 do 6 MPa, następnie otrzymany materiał płucze się wodą destylowaną i suszy.
Zastosowanie solwotermalnego reaktora mikrofalowego do obróbki ciśnieniowej, zamiast autoklawu, pozwala na znaczące skrócenie czasu procesu do 15-45 minut w porównaniu z autoklawem, gdzie procesy trwają od kilku do kilkunastu godzin. W wyniku przeprowadzonych syntez otrzymano materiały kompozytowe grafen z MnFe2O4. Sposobem według wynalazku można otrzymać materiał o różnej zawartości masowej MnFe2O4, a co za tym idzie o różnych właściwościach elektrycznych, magnetycznych. Otrzymane przez nas kompozyty charakteryzują się również wysoką stabilnością termiczną (figura 1 i 2). Na dołączonych wykresach widać przebiegi termograwimetryczne wybranych kompozytów. Z przebiegów ubytku masy w zależności od temperatury można zaobserwować, że ubytek masy związany z dekarbonizacją następuje dopiero po przekroczeniu temperatury 600°C. Taki wynik świadczy, że praktycznie do tej temperatury otrzymane kompozyty są stabilne termicznie. Obserwowany niewielki ubytek masy w niższych temperaturach jest związany z odparowaniem wody wraz z utlenieniem rożnych grup funkcyjnych znajdujący eh się na powierzchni kompozytów.
Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1. przedstawia wykres TG dla kompozytów zawierających 25% masowych MnFe2O4 otrzymanych przy różnym ciśnieniu w czasie 15 minut, fig. 2 przedstawia wykres TG dla kompozytów zawierających 25% o masowych MnFe2O4 otrzymanych przy ciśnieniu 4,5 MPa i w czasie 15, 30 i 45 minut, fig. 3 przedstawia wykres widm XRD dla wybranych kompozytów, fig. 4 przedstawia strukturę grafen/MnFe2O4 (5% mas.) uzyskaną przy ciśnieniu 4 MPa w etanolu, fig. 5 - strukturę grafen/MnFe2O4 (50% mas.) uzyskaną przy ciśnieniu 4 MPa w etanolu, fig. 6 - strukturę grafen/MnFe2O4 (5% mas.) uzyskaną przy ciśnieniu 5 MPa w etanolu, fig. 7 - strukturę grafen/MnFe2O4 (50% mas.) uzyskaną przy ciśnieniu 5 MPa w etanolu.
Przykład 1
Sonifikuje się 0,5 g tlenku grafenu w 50 ml etanolu, następnie dodaje się do roztworu 0,063 g azotanu żelaza III i 0,046 azotanu manganu (5% mas. MnFe2O4). Następnie do mieszaniny dodaje się 25% wodny roztwór amoniaku w celu podniesienia pH do 12. Po wytrąceniu się w roztworze wodorotlenku żelaza III i wodorotlenku manganu mieszaniny umieszcza się w solwotermalnym reaktorze mikrofalowym i przeprowadza syntezę w czasie 15 minut przy ciśnieniu 4 MPa. Następnie otrzymany materiał przepłukano wodą destylowaną i wysuszono.
Przykład 2
Sporządzono roztwór i postępowano jak w przykładzie 1, z tym że podczas sporządzania roztworu dodaje się 0,418 g azotanu żelaza III i 0,293 g azotanu manganu (25% mas. MnFe2O4), zaś syntezę w solwotermalnym reaktorze mikrofalowym przeprowadza się w czasie 30 minut przy ciśnieniu 4,5 MPa.
Przykład 3
Sporządzono roztwór i postępowano jak u przykładzie 1, z tym że podczas sporządzania roztworu dodaje się 1,262 g azotanu żelaza III i 0,884 g azotanu manganu (50% mas. MnFe2O4), zaś syntezę w solwotermalnym reaktorze mikrofalowym przeprowadza się w czasie 45 minut przy ciśnieniu 5 MPa.

Claims (1)

  1. Zastrzeżenie patentowe
    1. Sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4 polega na przygotowaniu mieszanin tlenku grafenu, azotanu żelaza III, azotanu manganu, wody amoniakalnej, etanolu i poddaniu jej obróbce ciśnieniowej, znamienny tym, że mieszaninę poddaje się obróbce ciśnieniowej w solwotermalnym reaktorze mikrofalowym, przez czas od 15 do 45 minut przy ciśnieniu od 4 do 5 MPa, następnie otrzymany materiał płucze się wodą destylowaną i suszy.
PL427390A 2018-10-15 2018-10-15 Sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4 PL236554B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL427390A PL236554B1 (pl) 2018-10-15 2018-10-15 Sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL427390A PL236554B1 (pl) 2018-10-15 2018-10-15 Sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL427390A1 PL427390A1 (pl) 2020-04-20
PL236554B1 true PL236554B1 (pl) 2021-01-25

Family

ID=70281526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL427390A PL236554B1 (pl) 2018-10-15 2018-10-15 Sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL236554B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL427390A1 (pl) 2020-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10683208B2 (en) MXene nanosheet and manufacturing method thereof
Dutta et al. Significant enhancement of the electroactive β-phase of PVDF by incorporating hydrothermally synthesized copper oxide nanoparticles
JP6214028B2 (ja) 酸化グラフェン含有液の製造方法及びその利用
Moorthy et al. Novel polymerization of aniline and pyrrole by carbon dots
Yan et al. Core-shell, wire-in-tube and nanotube structures: Carbon-based materials by molecular layer deposition for efficient microwave absorption
Tai et al. Green synthesis of reduced graphene oxide using green tea extract
Chandrappa et al. Vanadium oxide: from gels to nanotubes
Ni et al. PbS crystals with clover‐like structure: Preparation, characterization, optical properties and influencing factors
Dong et al. Shape-controlled synthesis of Mn 2 O 3 hollow structures and their catalytic properties
Chen et al. Reduction of free-standing graphene oxide papers by a hydrothermal process at the solid/gas interface
Bosch-Navarro et al. Covalent modification of exfoliated fluorographite with nitrogen functionalities
Goswami et al. Two‐dimensional MXenes: fundamentals, characteristics, synthesis methods, processing, compositions, structure, and applications
Zhang et al. Microwave-assisted solution-phase preparation and growth mechanism of FeMoO 4 hierarchical hollow spheres
Aziz et al. Synthesis of LiCoO2 prepared by sol–gel method
Bahloul et al. High β-phase PVDF composite thin films filled with metal (M= Ni, Ag, Co) phosphate-based particles: advanced materials for energy harvesting applications
PL236554B1 (pl) Sposób wytwarzania nanokompozytu grafen/MnFe2O4
KR101317517B1 (ko) 박리화된 이차원 이산화망간 나노판의 고상분해법에 의한 사산화삼망가니즈 나노 입자의 제조방법
Chen et al. Preparation and characterization of composites from Ba0. 5Sr0. 5TiO3 and polystyrene
Chandra Emerging trends in advanced synthesis and properties: Mxenes as super materials
KR20170099797A (ko) 수용액 상에서의 산화금속 및 수산화금속 나노입자의 제조방법
CN102861356A (zh) 一种骨修复材料及其制备方法
Manivannan et al. Mechanochemical metathesis synthesis and characterization of nano-structured MnV2O6· xH2O (x= 2, 4)
Enferadi et al. Synthesis of lanthanum phosphate–carbon nanoparticles using a hydrothermal method and their application for lead ion removal
Shalaby et al. Preparation, characterization and thermal stability of reduced graphene oxide/silicate nanocomposite
CN110422839B (zh) 一种石墨烯的合成方法