ВУЗ:
Составители:
Круг используемых для получения УНМ пиролизом углеводородов катализаторов достаточно обширен. В основном
используются металлы 3d-группы (железо, никель, кобальт) и их бинарные смеси и сплавы с другими металлами: Co/Fe,
Fe/Mo, Co/Mo, Fe/Cu.
Труднодостижимая однородность распределения активных частиц катализатора в носителе может быть достигнута
применением золь-гель-методов приготовления.
Принципиальное значение имеют природа и состав катализаторов пиролиза углеводородов. Именно они в значительной
мере определяют температуру и давление при проведении процессов, характер получаемых наноуглеродных трубок.
До сих пор чётко неясны факторы, определяющие скорость деструкции углеводородов и роста УНТ, что не позволяет
получить аналитические выражения кинетических уравнений. Вместе с тем важнейшими факторами роста считаются
следующие:
1. Характер и природа реакций, протекающих как на поверхности катализатора, так и в газовой фазе.
2. Размер частиц катализатора.
1.2. АППАРАТУРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ
1.2.1. АППАРАТЫ ДЛЯ ГАЗОФАЗНОГО ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ
Подавляющая часть научной и патентной литературы по синтезу углеродных наноматериалов посвящена
периодическим процессам. Наиболее простые аппараты для осуществления периодического процесса синтеза углеродных
наноматериалов на неподвижном слое катализатора, как правило, представляют собой обогреваемую снаружи
горизонтальную трубу (рис. 10).
Рис. 10. Схема горизонтального периодического реактора для
пиролиза углеродсодержащих газов
Например, для синтеза углеродных нанотрубок может быть использован цилиндрический кварцевый реактор объёмом
2,1 дм
3
с перемешиванием слоя катализатора путём вращения реактора электроприводом со скоростью 60 … 90 мин
–1
. Ось
вращения реактора наклонена под углом 8° к горизонту. Газовую смесь подавали в реактор через неподвижную кварцевую
насадку, вставляемую в горловину реактора на шлифе, смазанном минеральным маслом. Реактор помещали в электропечь с
регулируемой температурой.
Перед началом работы в реактор вносили катализатор и в токе аргона температуру поднимали до 680°С. По достижении
этой температуры в реактор подавали газовую смесь этилена (400 см
3
/мин) и водорода (200 см
3
/мин). После этого аргон
отключали, а выходящие из реактора газы отводили из кварцевой трубки и сжигали.
Непрерывно действующие реакторы имеют известные преимущества перед реакторами периодического действия.
В качестве другого примера можно рассматривать трубчатый шнековый реактор. Средняя часть реактора (зона
пиролиза) нагревается до требуемой температуры с помощью электрической печи. Движение катализатора осуществляется
принудительно с помощью шнека, выполненного из электротехнической меди. Охлаждение концов реактора, на которых
крепятся дозатор, ёмкость с катализатором и приёмник, осуществляется с помощью медных холодильников; теплоноситель –
вода. Аппарат выполнен из кварцевого стекла. Регулирование скорости подачи катализатора в реактор и скорости его
продвижения в реакторе осуществляется электродвигателем. Схема реактора представлена на рис. 11.
Производительность реактора весьма невелика – 3,0 г смеси катализатора с нанотрубками за 4 часа непрерывной
работы. После удаления катализатора (кипячение с 20 %-ной НСl) масса нанотрубок составила 1,8 г.
Учёными также разработана схема непрерывно действующей установки для получения углеродных нанотрубок (рис.
12).
Установка включает реактор
1
, работающий в режиме псевдоожижения катализатора. Сначала каталитические частицы
поступают в камеру восстановления
2
, где происходит восстановление катализатора водородом или аммиаком, нагретым до
необходимой температуры. Затем они попадают в камеру подогрева
3
, где нагреваются инертными газами, например гелием,
Углеродсодержащий
газ
Газ на утилизацию
Печь
Катализатор
Кварцевая
труба
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- …
- следующая ›
- последняя »
