Разработка непрерывного способа получения углеродных наноматериалов

• Автор: Блинов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание
Введение.

1. Литературный обзор

1.1 Катализаторы для получения нанотрубок

1.2. Синтез многослойных нанотрубок и нановолокон

1.3. Синтез однослойных нанотрубок и многослойных нанотрубок с малым числом слоев

1.4. Получение углеродных наноматериалов

в горизонтальных реакторах периодического действия.

1.5. Непрерывное получение углеродных

наноматериалов в горизонтальных трубчатых реакторах

1.6. Получение углеродных наноматериалов в вертикальных реакторах

1.7. Свойства углеродных нановолокон и нанотрубок
1.8. Очистка углеродных наноматериалов.
1.9. Применение углеродных наноматериалов
2. Экспериментальная часть
2.1. Средства измерения и реактивы.
2.2. Установка для испытания катализаторов
гравиметрическим методом.
2.3. Экспериментальная установка для осаждения
углерода из газовой фазы периодического действия.
2.4. Экспериментальная установка для синтеза
НВ и МНТ непрерывного действия.
2.5. Агрегированная установка для синтеза
углеродных НВ и тМНТ схема НВНТ
2.6. Агрегированная установка с рециркуляцией газов
2.7. Методика получения катализаторов
2.8. Методика проведения
термогравиметрических исследований.
2.9. Методика получения углеродных НВ
в реакторе периодического действия
2 Методика получения углеродных НВ
в реакторе непрерывного действия
2 Методика получения углеродных
тМНТ в реакторе периодического действия
2 Методика получения углеродных
тМНТ в реакторе непрерывного действия.
2 Методика определения среднего времени
пребывания материала в реакторе непрерывного действия
2 Профиль температур по длине реактора.
2 Порядок расчета выхода продукта
9 и степени превращения метана.
2 Методика термовакуумной обработки ТВО
2 Методики проведения анализов.
3. Результаты и их обсуждение
3.1. Испытания содержащих катализаторов
в периодическом режиме.
3.2. Испытания реактора для получения углеродных НВ
3.3. Испытание Сосодержащих катализаторов.
3.4. Испытание агрегированной установки для
получения углеродных НВ и тМНТ схема НВНТ
3.5. Первичная очистка углеродных НВ и НТ
4. Технологическая схема участков
синтеза и кислотной отмывки НВ и тМНТ.
Выводы.
Литература


Первая группа невозможна без нагревания до высоких температур и включает процессы, различающиеся по способу подвода тепла: электродуговой синтез [2], лазерно-термический синтез [3], использование концентраторов солнечного излучения [4] или сфокусированного лазерного излучения [5], нагревание джоулевым теплом. Вторая группа методов имеет значительно большее число вариантов, как по выбору исходных реагентов, так и по способам ведения процессов. Она обеспечивает более четкое управление процессом образования НТ, в большей степени подходит для крупномасштабного производства и позволяет получать разнообразные по строению наноуглеродные материалы. Летучие катализаторы вводят в зону пиролиза либо в виде паров (ферроцены [6], карбонилы [7], металлы испаряемые непосредственно в зону пиролиза [8, 9]), либо путем распыления растворов соединений металлов в органических жидкостях []. Катализаторы на носителе могут быть свободными в виде островков на подложке или находиться в матрице носителя. При использовании катализаторов на носителе процессы имеют больше управляемых параметров, чем при использовании летучих катализаторов. Здесь, например, легче регулировать время пребывания катализатора в реакционной зоне и добиваться более высоких выходов продукта на единицу массы катализатора. Вещества, используемые для пиролитического синтеза ИТ и НВ, делятся на несколько групп: 1) оксид углерода и его смеси с водородом [, , ]; 2) насыщенные (метан [; ], пропан []), ненасыщенные (этилен [], ацетилен [, ], пропилен []) и ароматические (бензол [6], толуол, ксилол []) углеводороды; 3) кислородсодержащие соединения (этанол [; ]). В наибольшей степени изучены процессы пиролиза метана, ацетилена и бензола, а также диспропорционирования монооксида углерода. Наиболее предпочтительным исходным веществом для синтеза ОНТ, по мнению авторов [], является СН4. Для преодоления энергетических затруднений при образовании ИТ малого диаметра требуются высокие температуры (0 - °С), а CHi устойчивее других углеводородов по отношению к некаталитическому пиролизу. Последний считается главной причиной образования аморфного углерода, отравления катализаторов и ухудшения качества НТ. Катализаторами синтеза НТ и НВ служат железо, кобальт или никель. Частицы металла обладают высокой поверхностной энергией и стремятся к коалесценции при температурах синтеза 0 - °С. Для предотвращения коалесценции используют неорганические пористые материалы - носители, которыми являются нелетучие и не восстанавливающиеся в условиях пиролиза оксиды металлов (магния [, ], алюминия [, ], лантана [, ], циркония, кальция), очень широко используют оксид кремния [, ], цеолиты []. Наиболее перспективным для крупномасштабного получения катализаторов синтеза НТ и НВ является 1^0. Помимо того, что он образует твердые растворы с СоО и ИЮ, он легко удаляется из продукта растворением в относительно слабых растворах кислот. Промоторами процесса образования НТ выступают молибден, вольфрам или хром. Хороший катализатор должен проявлять сильное взаимодействие с носителем, иметь большую удельную поверхность и пористость, сохраняя эти показатели при высоких температурах. Сильное взаимодействие в системе металл-носитель способствует диспергированию металла и образованию большого количества каталитически активных центров. Открытая пористость необходима для эффективной диффузии реагента и промежуточных продуктов реакции. Для получения катализаторов используют пропитку инертных порошков солями [, , ], соосаждение оксидов и гидроксидов, золь-гель метод [, ], напыление или электрохимическое осаждение металлов на подложку с последующим превращением сплошной пленки в наноразмерные островки []. В последнее время широкое распространение получил способ так называемого «мокрого сжигания», который заключается в сжигании раствора нитратов металлов в смеси с органическими восстановителями (лимонной кислотой [, ], мочевиной [, , ], глицином [], полиэтиленгликолем (ПЭГ) []). Метод позволяет получать порошки с удельной поверхностью до 0 м2/г [].