Синтез наноструктурного материала в диффузионной горелке с использованием различных источников углерода и катализаторных прекурсоров | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 19 октября, печатный экземпляр отправим 23 октября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №4 (39) апрель 2012 г.

Статья просмотрена: 199 раз

Библиографическое описание:

Польшиков, В. Ю. Синтез наноструктурного материала в диффузионной горелке с использованием различных источников углерода и катализаторных прекурсоров / В. Ю. Польшиков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2012. — № 4 (39). — С. 34-36. — URL: https://moluch.ru/archive/39/4617/ (дата обращения: 05.10.2024).

Образование углеродных наноструктурных материалов в виде протяженных тубулированных структур (нанотрубок и нановолокон) при реализации дугового синтеза, при лазерном испарении графита и газофазном химическом осаждении происходит на катализаторах, содержащих переходные металлы или их соединения. Синтез в пламени также требует наличия нано- или микрочастиц катализаторных прекурсоров.

Несмотря на большое количество научных исследований, посвященных образованию наноматериалов при горении углеводородов, до сих пор не существует единой точки зрения на механизм образования структурного углерода в виде нанотрубок и нановолокон при наличии катализаторных прекурсоров в обогащенной топливной смеси или на подложке-саженакопителе.

Синтез в пламени привлекателен вследствие непосредственного наличия источника тепла, потенциальной возможности масштабирования, легкости регулирования и контроля, простоты аппаратурного оформления, безопасности технологического процесса.

На кафедре «Техника и технологии производства нанопродуктов» ГОУ ВПО ТГТУ нами была разработана технологическая схема (рис. 1) и спроектирована установка для синтеза углеродных наноструктур в диффузионном пламени.

Рисунок 1 – Технологическая схема синтеза углеродных нанопродуктов в диффузионном пламени



В схеме получения наноуглерода из баллона БГ поступает углеводород, расход которого регулируется вентилем ВР3 и расходомером Р3. Необходимая концентрация углеводорода устанавливается путем смешения его в газовом смесителе С с инертным газом из баллона БИ, расход которого регулируется вентилем ВР4 и расходомером Р4. Смесь газов поступает в катализаторную емкость Е, которая заполнена одним из четырех возможных катализаторных прекурсоров (порошкообразный катализатор, жидкий прекурсор, коллоидный раствор, возгоняемые металлорганические соединения). Катализаторная емкость Е имеет возможность нагрева с помощью нагревателя Н для получения катализаторного прекурсора в паровой или газовой фазе. Смесь углеводорода, инертного газа и катализатора поступает по топливной линии в диффузионную горелку ГД, а по линии сжатого воздуха вентилятором В подается воздух на горение, расход которого регулируется вентилем ВР2 и расходомером Р2. Также имеется возможность вместо воздуха подавать на горение кислород из баллона БК с регулировкой расхода с помощью вентиля ВР1 и расходомера Р1. В диффузионной горелке ГД происходит химическое реагирование компонентов топлива в присутствии катализаторных частиц и накопление наноуглерода на специальной подложке-саженакопителе. Газообразные продукты горения удаляются в атмосферу.

На базе этой установки был проведён ряд экспериментов получения углеродных наноструктур с использованием различных катализаторов. Некоторые результаты занесены в таблицу 1.

Таблица 1

Некоторые результаты экспериментов по синтезу УНМ в диффузионной горелке (горючее – пропан-бутан, окислитель – воздух)

Катализатор

Масса

катализатора, доставленного в реакционную зону

mкат., г

Расход

горючего,

л/час

Расход

воздуха,

  л/час;  

коэфф.

избытка окислителя

(&#;)

Время

синтеза,

мин

Масса

углеродного

депозита

mп, г

Удельный

выход

,

гСкат.

-

-

10,8

  240  

0,823

15

0,535

-

пары

ферроцена

0,820

10,8

  240  

0,823

15

3,603

3,39

пары

ферроцена

0,925

12,15

  250  

0,763

15

4,658

4,03

раствор азотнокислых солей Ni и Mg c глицином на сетке

-

12,15

  267  

0,814

10

0,681

-



модифицированный NiO/MgO на подложке-саженакопителе

4,002

10,8

  240  

0,823

15

7,480

0,87

модифицированный NiO/MgO на подложке-саженакопителе

4,114

12,15

  250  

0,763

15

8,629

1,1


Также, согласно публикациям последних лет, перспективным реагентом для синтеза углеродных нановолокон и нанотрубок является этиловый спирт. Среди преимуществ каталитического газофазного процесса с применением паров спирта отмечается высокая селективность и относительно низкая температура синтеза, возможность получения чистых (не содержащих примеси других форм углерода) одностенных и двустенных нанотрубок. Синтез возможен в пламени обычной спиртовой горелки.

Планируется проведение экспериментов на базе разработанной Нами диффузионной горелки с использованием в качестве источника углерода паров этилового спирта смешанных с мелкими частицами катализатора.

Ожидается, что этот метод получения углеродного наноматериала будет гораздо эффективнее ранее рассмотренных нами способов синтеза.

В самое ближайшее время будет доработана технологическая схема этого метода, а так же модернизирована диффузионная горелка.


Литература:

  1. Редькин А.Н., Седловец Д.М., Корепанов В.И., "Осаждение ультратонких пленок углерода из паров //Редькин А.Н., Кипин В.А., "Газофазный синтез углеродного нановолокнистого материала из водно-спиртовых смесей", Неорг. материалы, V45, N9, c.1057, 2009г.
  2. Ткачев, А.Г. Разработка технологии и оборудования для промышленного производства наноструктурных углеродных материалов: дис. ... доктора. техн. наук: 05.17.08, 05.02.13 / А.Г. Ткачев; Тамб. гос. техн. ун-т. - Тамбов, 2008. – 374 с.

Основные термины (генерируются автоматически): диффузионная горелка, диффузионное пламя, инертный газ, катализаторная емкость Е, пар ферроцена, синтез, технологическая схема, этиловый спирт.


Похожие статьи

Синтез экологически чистых ароматических углеводородов конверсией СН3ОН на высококремнезёмных цеолитах

Исследование возможности применения модификаторов на основе углеродных наноструктур в технологии эффективных строительных материалов

Получение и анализ свойств наноструктурированных композиционных материалов на основе ферритовых систем

Технологический процесс получения композита на основе ВПВД и активированного технического углерода

Исследование нанокомпозитов на основе диоксидов кремния и титана, полученных в условиях золь-гель роста

Перспективы синтеза углеродных нанотрубок с использованием водно-спиртовых растворов

Синтез многофункциональных полимеров на основе низкомолекулярного полиэтилена и частично гидролизованного полиакрилонитрила и изучение их депрессорных свойств

Синтез и изучение физико-химических характеристик новых стимулчувствительных сополимеров на основе гидроксиэтилакрилата

Синтез трихлорэтилена в реакторе периодического типа с осуществлением рецикла водно-солевого слоя

Оценка эффективности процесса сушки полупродуктов органических красителей нафталинового ряда в режиме пневмотранспорта

Похожие статьи

Синтез экологически чистых ароматических углеводородов конверсией СН3ОН на высококремнезёмных цеолитах

Исследование возможности применения модификаторов на основе углеродных наноструктур в технологии эффективных строительных материалов

Получение и анализ свойств наноструктурированных композиционных материалов на основе ферритовых систем

Технологический процесс получения композита на основе ВПВД и активированного технического углерода

Исследование нанокомпозитов на основе диоксидов кремния и титана, полученных в условиях золь-гель роста

Перспективы синтеза углеродных нанотрубок с использованием водно-спиртовых растворов

Синтез многофункциональных полимеров на основе низкомолекулярного полиэтилена и частично гидролизованного полиакрилонитрила и изучение их депрессорных свойств

Синтез и изучение физико-химических характеристик новых стимулчувствительных сополимеров на основе гидроксиэтилакрилата

Синтез трихлорэтилена в реакторе периодического типа с осуществлением рецикла водно-солевого слоя

Оценка эффективности процесса сушки полупродуктов органических красителей нафталинового ряда в режиме пневмотранспорта

Задать вопрос