Влияние условий синтеза и термохимической обработки на свойства нановолокнистых углеродных материалов

• Автор: Чуканов, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Введение

Глава 1 Литературный обзор.

1.1 Основные установленные виды нановолокнистых углеродных материалов.

1.2 Способы синтеза нановолокнистых углеродных материалов

1.3 Распространенные каталитические системы, применяемые для синтеза нановолокнистых углеродных материалов каталитическим способом.

1.4 Влияние условий синтеза на свойства нановолокнистых углеродных материалов

1.5 Изучение влияния высокотемпературной обработки на конечные свойства нановолокнистых углеродных материалов.
1.6 Изучение влияния химической обработки на свойства нановолокнистых углеродных материалов.

1.7 Перспективные направления использования нановолокнистых углеродных

материалов, полученных каталитическим методом.

Заключение к Главе

Глава 2 Описание методик и аппаратного обеспечения, использованных при проведении работ
2.1 Описание лабораторной установки по получению нановолокнистых углеродных матсриатов.
2.2 Катализаторы
2.3 Методика синтеза нановолокнистых углеродных материалов.
2.4 Методика проведения высокотемпературной обработки ВУ
2.5 Методика проведения химической обработки
2.6 Методика синтеза катализаторов жидкофазного гидродсхлорирования хлорорганических соединений с использованием нановолокнистых углеродных материалов в качестве носителя
2.7 Методика и аппаратное обеспечение процесса получения углеродных нанотрубок при лазерной обработке нановолокнистого углерода.
2.8 Физикохимические методы анализа
2.8.1 Просвечивающая электронная микроскопия
2.8.2 Низкотемпературная.адсорбция азота
2.8.3 Термогравиметрический анализ, совмещенный с массспектроскопией .
2.8.4 Раманспектроскопия.
2.8.5 Рентгенофазовый анализ
2.8.6 Методика определения электропроводности.
Заключение к Главе
Глава 3 Влияние условий синтеза на характеристики углеродных нановолокнистых материалов, полученных при каталитическом разложении углеводородов СрСз с использованием Ыьсодержащих катализаторов
3.1 Исследование влияния состава катализатора и предшественника углерода на свойства нановолокнистых углеродных материалов, получаемых в процессе разложения углеводородов СГС3 на моно и биметаллических содержащих катализаторах, модифицированных Си, Ге и Р.
3.2 Исследование влияния давления метана на текстурные свойства НВУ, образующегося наМГСи катализаторе.
3.3 Влияние условий синтеза на окислительную стабильность нановолокнистых
углеродных материалов полученных при разложении углеводородов С1С4.
Заключение к Главе
Глава 4 Влияние высокотемпературной обработки на свойства НВУ.
4.1 Влияние температуры и времени высокотемпературной обработки на текстурные свойства нановолокнистых материалов
4.2 Изменение структурных свойств основных видов нановолокнистых углеродных материалов при высокотемпературной обработке.
4.3 Влияние температуры на кристаллические свойства различных типов НВУ

4.4. Воздействие температуры на электропроводящие свойства различных типов НВУ.
4.5. Исследование окислительной стабильности образцов НВУ в зависимости от режимов высокотемпературной обработки.
Заключение к Главе 4.
Глава 5 Влияние химической обработки на свойства НВУ.
5.1 Влияние режимов обработки на текстурные свойства НВУ.
5.2 Результаты исследования дефектности углеродных нановолокнистых материалов на основе Раманспектроскопии.
5.3 Количественный и качественный анализ поверхностных функциональных групп на основе термогравиметрического анализа, совмещенного с масс
спектрометрией.
Заключение к Главе 5.
Глава 6 Тестирование НВУ в перспективных приложениях.
6.1 Результаты тестирования НВУ в качестве носителей катализаторов процесса гидродехлорирования ортодихлорбензола.
6.1.1 Исследование каталитической системы 1РбНВУ.
6.1.2 Влияние химической и высокотемпературной обработок НВУ на каталитические свойства низкопроцентных катализаторов в процессе гидродехлорирования ортодихлорбензола
6.1.3 Влияние состава активного компонента , и содержащих катализаторов на показатели процесса каталитического гидродсхлорирования
ортодихлорбензола
6.2 Результаты тестирования НВУ в качестве носителей катализаторов процесса гидрирования парацетамола.
6.2.1 Исследование каталитических систем .
6.2.2 Результаты тестирования НВУ катализаторов в процессе гидрирования парацетамола
6.3 Результаты синтеза углеродных нанотрубок лазерной абляцией НВУ
6.3.1 Оценка параметров процесса лазерной абляции.
6.3.2 Микроскопический анализ образцов, полученных при лазерной абляции НВУ
6.4 Рекомендации по получению НВУ с определенными свойствами
Заключение к Главе 6
Список использованных источников Приложения
Введение


Главный недостаток данного метода заключается в высоких энергетических затратах на проведение процесса синтеза, низкой селективности, загрязненности и низкой однородности получаемого продукта. Наряду с электродуговым методом термического распыления графита, для получения НВУ применяется таюке лазерное облучение графитовой поверхности в атмосфере буферного газа лазерная абляция графитовой мишени. Суть процесса заключается в следующем. Графит испаряют с помощью пучка лазерного излучения в вакууме. Испарение проводят в среде аргона или гелия при температуре С. Продукты термического распыления графита осаждают на охлаждаемой поверхности. Общим недостатком перечисленных методов является сложность изучения процесса синтеза НВУ в условиях электродугового разряда и лазерного излучения, а так же, как следствие, непредсказуемость структурных характеристик конечного продукта. Кроме того, при использовании некаталитических методов синтеза невозможно организовать процесс непрерывного производства НВУ. Наиболее простыми, универсальными и свободными от указанных недостатков представляются каталитические методы получения НВУ. Существенные результаты в технологии синтеза НВУ достигнуты в процессах каталитического разложения углеродсодержащих газов на моно и биметаллических катализаторах, содержащих металлы 8ой группы. Обнаружение углеродных отложений на катализаторах в процессах разложения углеводородов и СО сначала было связано с исследованием дезактивации катализаторов реформинга углеводородов. С появлением электронных микроскопов появилась возможность белее детального исследования этих углеродных образований. Нановолокна, полученные каталитическим методом, впервые в электронном микроскопе, наблюдали в м году Л. В. Радушкевич и В. М. Лушкинович . Большой вклад в развитие представлений о механизмах образования углеродных нановолокон в процессах конверсии углеводородов внесли 7, i . Одной из первых работ, в которых были предприняты целенаправленные попытки синтеза углеродных нанотруб каталитическим методом, является работа , где рассматривался процесс каталитического разложения ацетилена на мелкодисперсных частицах железа при температуре 0С. Катализатор помещался в тигель, расположенный в реакторе в виде кварцевой трубки. Реактор помещался в печь и нагревался до требуемой температуры, после чего продувался газообразной смесью, содержащей углеводород и буферный газ, например, 2 в отношении 1. В
результате реакции на поверхности катализатора образовывались протяженные углеродные нановолокиа и многослойные нанотрубки длиной до нескольких десятков микрометров, внутренним диаметром от нм и внешним диаметром до 0 нм. Изза реакций термического разложения, протекающих в газовой фазе, на внутренней поверхности трубки осаждались также частицы аморфного углерода. В последующих работах было установлено, что геометрические параметры и физикохимические свойства нановолокон в существенной степени определяются условиями процесса характеристиками катализатора, температурой, составом исходного газа. Каталитические методы получения НВУ могут применяться в комбинации с электродуговыми или лазерной абляцией . В процессе каталитического синтеза поперечный размер образующихся нановолокон, как правило, соответствует размерам частиц металлической фазы активного компонента катализатора металлических наночастиц, на которых они образуются. Это хорошо видно на микрофотографиях, представленных на рисунках 1. Иногда одна наночастица является центром роста нескольких нановолокон одновременно рисунок 1. При этом поперечный размер волокон оказывается меньше размера наночастицы. Таким образом, чтобы целенаправленно влиять на размер углеродных иановолокон в процессе каталитического синтеза необходимо иметь возможность формирования металлических наночастиц определенного размера в процессе приготовления или активации катализатора. За счет использования катализаторов температура разложения углеродсодержащего сырья может быть существенно снижена до С , что позволяет значительно снизить энергетические затраты на подвод тепла, а также избавиться от процессов отложения аморфного углерода на поверхностях реакторных блоков.