Brevet FR2892112A1 — publié le 20070420

PROCEDE POUR LA FABRICATION DE SOLUTIONS DE FULLERENES Le présent mémoire décrit un procédé pour la fabrication de solutions de fullerènes consistant essentiellement à traiter un aérosol de carbone dans l'hélium sous une pression définie par un arc plasmagène et à recueillir les solides réactionnels dans un solvant approprié des fullerènes Le procédé décrit consiste en un perfectionnement de celui faisant I objet du BF 9707011 et constitue une combinaison nouvelle de moyens connus ou publiés . Il fait une synthèse améliorée des dispositifs décrits dans les plis soleau n 09196 , 19202 , 16813 , 75574 . La figure 1 représente le schéma du procédé selon l'invention que nous décrivons maintenant en détail : Un récipient A est alimenté en carbone divisé servant de matière première . Le carbone utilisé doit être aussi pur que possible et très finement divisé . Les noirs obtenus par décomposition thermique de l'acétylène conviennent bien, de même que certains graphites extra-fins tels que ceux utilisés pour les piles sèches . Une attention particulière doit être portée à la pureté des carbones , notamment en ce qui concerne l'absence d' éléments inhibiteurs de la formation des fullerènes ou entraînant des réactions d'addition perturbatrices . Ainsi doit-on proscrire toute présence d'hydrogène , d' azote ou d'oxygène dans la matière première . Les noirs nanométriques utilisés ayant un pouvoir d' absorption considérable , il est avantageux de les dégazer avant emploi par tous moyens adéquats et de maintenir sous ambiance d' hélium le récipient d' alimentation A , et ce par exemple grâce à une liaison permanente N avec l'enceinte G comme indiqué sur le schéma joint .Dans la pratique , il est recommandé d' utiliser des noirs dont les particules élémentaires ont une dimension inférieure à 50 nanomètres . Un distributeur B permet une alimentation continue de carbone rejoignant un circuit fermé d'hélium pour constituer un aérosol avant admission dans le réacteur plasmagène C . Celui-ci est agencé comme décrit dans le BF 9707011 , comportant notamment une enceinte plasmagène à plus de 4000 réalisée par un système d'arc triphasé .La pression gazeuse -2- dans cette partie du circuit est -maintenue constante grâce au détendeur K dont le réglage est autocommandé par un détecteur de pression . Celle - ci est réglée entre 20 et 40 kPa , et de préférence voisine de 30 kPa , pression trouvée comme la plus favorable pour un bon rendement de transformation du carbone en fullerènes . Le réacteur plasmagène comporte des électrodes en carbone reliées à une alimentation électrique adéquate . A ia sortie du réacteur C , l'aérosol réactionnel traverse un réfrigérant D pour aboutir dans une trompe E de type convergent-divergent , alimentée en circuit fermé par un liquide solvant des fullerènes contenu dans le récipient L , grâce à la pompe de circulation P. Ce dispositif constitue l'essentiel du perfectionnement apporté par le présent brevet aux dispositifs déjà décrits . Il permet , en effet , avec beaucoup de simplicité , d'assurer trois fonctions : 1 un recyclage continu d' hélium à un débit en harmonie avec i' alimentation en carbone , de manière à obtenir un aérosol stable . 2 - maintenir une pression réduite dans le réacteur plasmagène . 3 -assurer la mise en solution des fullerènes générés , le carbone excédentaire restant en suspension dans la même solution . Les débits respectifs du gaz et du solide doivent être tels que l' aérosol produit contienne entre 1 et 100 grammes de carbone par mètre cube de gaz et de préférence entre 10 et 25 grammes de carbone par mètre cube d' hélium. Un réfrigérant F permet de rabattre l'essentiel des vésicules et vapeurs entraînées par le gaz en circulation et un absorbeur I assure l'élimination totale des éléments autres que l'hélium dans le circuit . Le détendeur K est réglé par tous moyens adéquats de manière à assurer une pression constante à son aval entre 20 et 40 kPa . Le solvant chargé en L doit être un bon solvant des fullerènes , soit par exemple du toluène ou un chlorobenzène . L'expérience nous a montré que i' orthodichiorobenzène convient particulièrement bien du fait de sa bonne solubilité pour les fullerènes et de ses caractéristiques physiques telles que points de fusion et d'ébullition et viscosité La proportion de solvant par rapport au carbone doit être voisine de 50 parties de solvant pour une partie de carbone pour tenir compte de coefficient de solubilité des fullerènes et surtout de l'importante capacité d'absorption des noirs utilisés . L'appareillage décrit permet un fonctionnement continu ou discontinu comme tout homme de l'art peut le comprendre et peut le réaliser . On notera que le dispositif décrit ne comprend que des éléments tout à fait courants de l'industrie du génie chimique . Seul le réacteur plasmagène est particulier , bien que déjà décrit dans de multiples communications scientifiques ou techniques . Exemple : On opère dans un appareillage conforme à la figure présentée . Le silo 1 est rempli avec 10 kg de noir d'acétylène de dimensions particulaires moyennes de 25 nanomètres . L'ensemble de l'installation est purgé à l'hélium de manière à réduire le taux des impuretés gazeuses à moins de 0,2% .Un analyseur continu d' oxygène permet de suivre la pureté des gaz en circulation .La trompa E assure un débit de 50 Nm3 par heure d'hélium à une pression de 7o k . Le carbone est délivré par B à un débit de 1 kg par heure . Le réktéur plasmagène est alimenté par un courant triphasé d'une puissance de 80 kw .Le réfrigérant D amène l'aérosol sortant du réacteur à 25 . Le récipient L est chargé de 50 I. d' orthodichlorobenzène .Après 10 heures de fonctionnement ( tout le carbone étant consommé ) , le liquide en L se présente en une suspension de 9,2 kg de carbone dans 50 litres environs de solvant contenant 8 kg de fullerènes en solution . Cette solution-suspension est filtrée pour obtenir d'un coté du carbone imbibé de solvant et de l'autre une quarantaine de litres de solution contenant 8,3 kg de fullerènes dont 85% de C60 , 10% de C74 et 5% de fullerènes supérieurs. L' isolement et le fractionnement de cette solution est réalisé par chromatographie préparative courante . Un moyen rationnel permettant la récupération intégrale des fullerènes solubles produits consiste à rincer les noirs filtrés par du solvant pur , lequel récupère les solutés adsorbés , avant réemploi pour une opération nouvelle assurant alors un rendement optimal de la transformation du carbone mis en jeu en fullerènes solubles . REVENDICATIONS 1) Procédé pour la fabrication de solutions de fullerènes caractérisé en ce que l'on traite un aérosol constitué de carbone finement divisé dans de l'hélium par un arc plasmagéne à plus de 4000 à une pression comprise entre 20 à 40 kPa , la suspension réactionnelle étant rabattue par un solvant dans une trompe à convergent divergent servant de moteur au courant d'hélium en circulation fermée et de générateur pour la faible pression réactionnelle requise . 2 ) Procédé selon la revendication 1 , le carbone utilisé est du noir d'acétylène constitué de carbone pur dont la finesse des particules est inférieure en moyenne à 50 nanomètres . 3) Procédé selon 1 ou 2 , le solvant des fullerènes mis en oeuvre est del' orthodichlorobenzène . 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes , la solution / suspension réactionnelle est traitée pour séparer le carbone non réagi de la-dite mixture , pour obtenir une solution claire des fullerènes dans le solvant utilisé .