Автор: Польшиков Виталий Юрьевич

Рубрика: Технические науки

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

Статья просмотрена: 89 раз

Библиографическое описание:

Польшиков В. Ю. Синтез наноструктурного материала в диффузионной горелке с использованием различных источников углерода и катализаторных прекурсоров // Молодой ученый. — 2012. — №4. — С. 34-36. — URL https://moluch.ru/archive/39/4617/ (дата обращения: 14.12.2017).

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): диффузионной горелке, катализаторных прекурсоров, использованием нетрадиционных источников, синтеза углеродных, нетрадиционных источников энергии, использованием различных, диффузионной горелке ГД, горения пропан-бутановой смеси, Математическая модель горения, модель горения пропан-бутановой, углеродных наноструктур, синтеза углеродных наноструктур, схема синтеза углеродных, диффузионном пламени, синтеза углеродных нановолокон, микрочастиц катализаторных прекурсоров, получения углеродных наноструктур, Образование углеродных наноструктурных, Похожая статья, технологическая схема.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос