СОРБЦИОННЫЕ И ДЕСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТОНАЦИОННОГО НАНОАЛМАЗА
Аннотация
В работе исследована примесная составляющая детонационного наноалмаза, полученного путем детонационного разложения углеродсодержащих взрывчатых веществ в производственном процессе на предприятии ФНПЦ «Алтай». Согласно техническим условиям ТУ 84-112-87 продукты детонации прошли стадию очистки смесями кислот H2SO4 и HNO3, а содержание алмазной составляющей было доведено до 95%. Методом рентгеновского энергодисперсионного микроанализа (измерения осуществлялись с помощью растрового электронного микроскопа Quanta-200-3D) установлено, что основными примесными элементами на поверхности нанокристаллов алмаза являются: кислород (4,93 wt %), железо (4,52 wt %), сера (4,33 wt %), кальций (1,92 wt %) и алюминий (1,27 wt %). В небольшом количестве могут присутствовать и другие элементы, количество которых зависит от технологического цикла получения детонационных наноалмазов. Нагрев образцов наноалмазов в вакуумном объеме (ВУП-5) сопровождается термодесорбцией летучих соединений, что хорошо фиксируется понижением качества вакуума в вакуумной системе. При этом убыль массы при отжиге может достигать 20 %. Очищенный в ходе термодесорбционного отжига наноалмаз обладает высокими сорбционными свойствами и практически восстанавливает примесную оболочку, поглощая летучие соединения при помещении его в атмосферу. Анализ образцов с использованием методов дифференциально-сканирующей калориметрии и масс-спектрометрии (ДСК – на STA 409 PC Luxx NETZSCH, МС – на QMS 403 D Aeolos NETZSCH) позволили исследовать кинетику десорбции и молекулярный состав летучих соединений, десорбирующихся при нагревании наноалмазов. При нагревании наноалмаза до температуры 950 °С с его поверхности улетучиваются вода (до 200 °С), углеводороды (до 300 °С), сероводород (до 480 °С), двуокись серы ( до 580 °С), углекислый газ (до 820 °С), водород (до 900 °С). Полученные результаты свидетельствуют о сложной иерархической структуре примесной подсистемы наноалмаза, состоящей из атомов металлов, связанных с атомами углерода наноядра ковалентными связами, и слоя адсорбированных летучих соединений.
Для цитирования:
Плотников В.А., Богданов Д.Г., Макаров С.В., Богданов А.С. Сорбционные и десорбционные свойства детонационного наноалмаза. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 9. С. 27-32
Литература
Dolmatov V.Yu. On elemental composition and crystal-chemical parameters of detonation nanodiamonds. J. Superhard Materi-als. 2009. V. 31. N 3. P. 158–164. DOI: 10.3103/S1063457609030022.
Kulakova I.I. Surface chemistry of nanodiamonds. Physics of the Solid State. 2004. V. 46. N 4. P. 636–643. DOI: 10.1134/1.1711440.
Volkov D.S., Proskurnin M.A., Korobov M.V. Elemental analysis of nanodiamonds by inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy. Carbon. 2014. V. 74. P. 1-13. DOI: 10.1016/j.carbon.2014.02.072.
Plotnikov V.A., Dem’yanov B.F., Makarov S.V., Bogdanov D.G. The impurity subsystem of detonation nanodiamond. Fund. Problems Mater. Nauk. 2013. V. 10. N 4. P. 487-492 (in Russian).
Koshcheev A.P., Gorokhov P.V., Gromov M.D., Perov A.A., Ott U. The chemistry of the surface of modified detonation nanodiamonds of different types. Russ. J. Phys. Chemistry. A. 2008. V. 82. N 10. P. 1708–1714. DOI: 10.1134/S0036024408100129.
Dolmatov V.Yu. Ultradispersed diamonds of detonation synthesis: properties and applications. USP. Khim. 2001. V. 70.
N 7. P. 687-708 (in Russian).
Lyamkin A.I., Petrov E.A., Ershov A.P., Sakovich G.V., Staver A.M., Titov V.M. Obtaining diamonds from explosives. DAN SSSR. 1988. V. 302. N 3. P. 611-613 (in Russian).
Plotnikov V.A., Makarov S.V., Bogdanov D.G., Bogdanov A.S. The structure of detonation nanodiamond particles. AIP Conf. Proc. 1785. 040045-1–040045-4. DOI: 10.1063/1.4967102.
Tomita S., Fujii M., Hayashi S., Yamamoto K. Transformation of carbon onions to diamond by low-temperature heat treatment in air. Diamond and Related Materials. 2000. V. 9. P. 856-860. DOI: 10.1016/S0925-9635(99)00217-4.
