Основные процессы и аппаратурное оформление производства углеродных наноматериалов

• Автор: Рухов, Артем Викторович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 344 с. : 113 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТОДОВ СИНТЕЗА УВНМ

1.1. СТРОЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И НАНОВОЛОКОН

1.1.1. Однослойные и многослойные углеродные нанотрубки

1.1.2. Углеродные нановолокна

1.2. СПОСОБЫ СИНТЕЗА УВНМ

1.2.1. Электродуго вой способ

1.2.2. Способ лазерного испарения углерода

1.2.3. Способ электронно-ионного испарения углерода
1,2.4._Способ сублимации углерода в плазме
1.2.5. Способ резистивной сублимации - десублимации углерода
1.2.6. Способ диспропорционирования угарного газа
1.2.7. Способ синтеза при пиролизе кислородосодержащих соединений
1.2.8. Способ синтеза при пиролизе бескислородных соединений
1.3. ГИПОТЕЗЫ О МЕХАНИЗМАХ ФОРМИРОВАНИЯ УВНМ
1.4. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ УВНМ
1.5. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
Глава 2. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ СИНТЕЗА УВНМ
2.1. ПРОЦЕСС ОБЪЕМНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДОВ
2.2. ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА
2.3. ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ УВНМ
2.4. ПРОЦЕСС ПЕРЕНОСА УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ
2.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
Глава 3. ФОРМИРОВАНИЕ БАЗОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА УВНМ
3.1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА УВНМ95
3.2. МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ
ДЛЯ СИНТЕЗА УВНМ
3.3. ТЕХНОЛОГИЯ СИНТЕЗА УВНМ В ПРОЦЕССЕ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ЖИДКИХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ
3.4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО
ПРОИЗВОДСТВА УВНМ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
Глава 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СИНТЕЗА УВНМ
4.1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА
МАССЫ И ЭНЕРГИИ ПРИ СИНТЕЗЕ УВНМ
4.1.1. Постановка задачи математического моделирования процессов переноса массы и энергии при синтезе УВНМ
4.1.2. Математическое моделирование массообменных процессов при синтезе УВНМ7. 77.ТУ .77
4.1.3. Математическое моделирование тепловых процессов при синтезе УВНМ
4.1.4. Математическое моделирование процесса объемного термического пиролиза при синтезе УВНМ
4.1.5. Математическое моделирование процесса восстановления катализатора при синтезе УВНМ
4.1.6. Математическая модель магнитного поля в слое металлического катализатора
4.1.7. Математическая модель процессов переноса массы и энергии при синтезе УВНМ
4.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛО-МАССОПЕРЕНОСА В ПРОЦЕССАХ АДСОРБЦИИ
4.2.1. Постановка задачи математического моделирования процессов тепло- массопереноса в процессах адсорбции
4.2.2. Математическое моделирование концентрационного поля в газовом потоке
4.2.3. Математическое моделирование концентрационного поля в грануле
сорбента
4.2.4. Математическое моделирование температурного поля в газовом потоке
4.2.5. Математическое моделирование температурного поля в грануле сорбента
4.2.6. Математическая модель совместного тепло- и массопереноса в процессах адсорбции
4.3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИСПАРЕНИЯ ЖИДКИХ И СЖИЖЕННЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ
4.3.1. Постановка задачи математического моделирования процессов испарения жидких и сжиженных углеродсодержащих веществ
4.3.2. Математическая модель процессов испарения жидких и сжиженных углеродсодержащих веществ
4.4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГЕТЕРОГЕННОГО ТЕРМИЧЕСКОГО ПИРОЛИЗА ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ СИНТЕЗА УВНМ
4.4.1. Постановка задачи математического моделирования процессов гетерогенного термического пиролиза газообразных продуктов синтеза УВНМ
4.4.2. Математическое моделирование температурного поля потока газообразных продуктов синтеза УВНМ в канале образованном частицами сажи
4.4.3. Математическая модель процессов гетерогенного термического пиролиза газообразных продуктов синтеза УВНМ
4.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СИНТЕЗА УВНМ
5.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СИНТЕЗА УВНМ
5.2. КАЧЕСТВЕННЫЕ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

диффундировать через объем и/или по поверхности частиц катализатора. Кроме того, возможно, что частицы катализатора покрывались слоем аморфного углерода и не могли больше абсорбировать его, и рост УНТ, так же останавливался [83].
В состав сажи, получаемой лазерно-термическим методом, входят
30...35 % УНТ, 12... 15 % фуллеренов, около 20 % аморфного углерода,
12... 15 % углеводородов, 5... 10 % графитизированных наночастиц, до 10 % металлов (Со и N1), 1..2 % кремния.
На эффективность данного метода значительно влияет состав катализатора. Чаще всего к качестве катализатора для данного метода получения УНТ применяют биметаллические сплавы (№-Со, №-Бе, Со-Ре, Рб-РО [76, 77, 84, 85].
Получены положительные результаты экспериментов синтеза ОУНТ при пониженных температурах (~ 400 *- 500 °С) с применением N1 и №-Со катализаторов и предложен способ промышленной реализации [86].
Группой исследователей проводилась работа по легированию графитовых мишеней катализатором никельюксид иттрия при атомном соотношении никель:иттрий, равном 4 - 10:1, и при содержании катализатора в композитной мишени 1-10% атомных с целью увеличения выхода одностенных УНТ. Лазерное испарение композитной мишени осуществляют непрерывным лазером при плотности облучения не менее 104 Вт/см2. Способ изготовления композитных графитовых мишеней заключается в перемешивание при комнатной температуре порошков графита и катализатора с последующим изготовлением из полученной смеси цилиндрического стержня путем помещения смеси порошков графита и катализатора в канал в цилиндрическом графитовом стержне-оболочке и уплотнения смеси. Установка для получения одностенных УНТ, включающая реакционную трубу с входным отверстием для подачи инертного газа, в которую помещена композитная графитовая мишень, лазер,