ВУЗ:
Составители:
Установка позволяет варьировать следующие параметры процесса: величину тока и напряжения, скорость подачи
катода, зазор между электродами, давление и состав среды и т.д.
Перед заполнением реактора рабочим газом графитовые стержни прогревались при 900°С в вакууме для дегазации. В
качестве катализатора можно использовать смесь порошков кобальта и никеля.
Испарение проводили в среде гелия. Продукты электродугового испарения металл-графитового электрода
конденсировались на боковых стенках охлаждаемой камеры («пристеночная» сажа), вокруг катода («воротниковая» сажа) и
непосредственно на катоде («депозит»).
1.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА И АППАРАТУРА
ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА УНМ «ТАУНИТ»
В данном разделе рассматривается разработанная в ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический
университет» технология и оборудование для получения углеродного наноматериала, получившего торговое наименование
«Таунит».
1.3.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА СИНТЕЗА УНМ МЕТОДОМ
ГАЗОФАЗНОГО ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ (ГФХО)
Трудности перехода от лабораторных результатов к созданию установок синтеза значительной производительности
часто являются непреодолимыми из-за очевидной специфики индустриальных технологий. Это требования к безопасности
эксплуатации оборудования, экологические ограничения, сложность технологии изготовления и другие проблемы.
Немаловажными являются и экономические аспекты организации промышленных производств с позиций обеспечения
конкурентоспособности получаемых нанопродуктов на активно формирующемся рынке УНМ.
Для создания промышленной схемы синтеза УНМ был выбран метод ГФХО, что обосновано
следующими
аргументами:
1) наличие положительного опыта в создании аппаратов подобного типа, главным образом за рубежом;
2) дешёвое и доступное углеводородное сырьё – бутан-пропановая смесь, а также возможно – метан, ацетилен и т.д.;
3) сравнительно низкая себестоимость компонентов катализатора (3d-металлы и их бинарные смеси и сплавы с
другими элементами, глицин, окислы Mg и др.);
4) селективность морфологии получаемых наноматериалов в зависимости от исходных параметров технологического
процесса, осуществляемого на одном и том же оборудовании, что расширяет область реального использования получаемых
продуктов;
5) возможность получения, наряду с производством УНМ, чистого водорода, свободного от СО и СО
2
, необходимого
для водородной энергетики и химического синтеза;
6) удобство управления и возможность организовать непрерывные процессы синтеза;
7) низкие энергозатраты по сравнению с альтернативными методами получения углеродных наноструктур.
Как уже отмечалось ранее, специфической особенностью каркасных фуллереноподобных углеродных наноструктур
является многообразие их форм и структур: фуллерены; однослойные, двухслойные, многослойные (цилиндрические,
конические, спиральные, бамбукообразные и др.) нанотрубки; нановолокна, также отличающиеся по форме и строению
графеновых слоёв, но не имеющие внутренних каналов. Это объясняется тем, что даже незначительные изменения условий
проведения синтеза (состав катализатора, температура, состав углеродсодержащего компонента и его расход, давление и
многое другое) неизбежно приводят к изменению структуры, морфологии и свойств получаемых УНМ.
Реализация ГФХО-процесса позволяет обеспечить достаточно стабильное воспроизведение рациональных
технологических параметров синтеза УНМ и, как следствие, получение материала с постоянными морфологическими и
физико-механическими характеристиками.
Была разработана технологическая схема производства УНМ (рис. 16).
Технологическая схема предусматривает использование различных аппаратов, ёмкостей, коммуникаций, элементов
контроля и управления технологическим процессом, функционально разграниченных на 4 участка:
− приготовление катализатора;
− подготовка газовых компонентов;
− синтез УНМ;
− сушка, диспергирование и классификация.
Технологический процесс получения углеродного наноструктурного материала, реализуемого под торговой маркой
«Таунит», выполняется в следующей последовательности.
Водные растворы солей (Ni(NO
3
)
2
· 6H
2
O, Mg(NO
3
)
2
· 6H
2
O, глицин) соответствующих концентраций, размещённые в
ёмкостях
1
, смешиваются в аппарате
2
с лопастной мешалкой и далее подаются на обработку в электромагнитном аппарате
вихревого слоя (АВС)
7
, где в отсутствии ферромагнитных частиц проходят активирование. Далее компоненты катализатора в
жидкой фазе подвергаются термической обработке в печи
6
, где происходит их последовательное обезвоживание и сжигание
при температуре 500 … 550°С. Диспергирование катализаторной массы производят в АВС в присутствии ферромагнитных (Ni)
частиц, после чего подвергают ситовой классификации. Полидисперсный порошок катализатора с размером фракции больше
0,063 мм подают в бункер дозатора
10
, а мелкую фракцию гранулируют в роторном высокоскоростном аппарате
9
до
получения гранул, превышающих минимально допустимое значение, далее транспортируют в бункер дозатора
10
.
Подготовка газовых компонентов синтеза (пропан-бутановая смесь, Ar, Н
2
) включает установление заданного расхода,
очистку в системе фильтров
12
и, при необходимости, смешение в ёмкости
13
.
Приготовленные указанным выше образом исходные реагенты ГФХО синтеза УНМ подаются в соответствии с
регламентом процесса в реактор
11
, где происходит образование целевого продукта – МУНТ заданной структуры.
На следующем этапе производится очистка продукта от металла (Ni) катализатора в водоподогреваемом аппарате с
лопастной мешалкой
17
с помощью 30%-ного раствора HNO
3
. Одновременная загрузка – 600 г УНМ.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- …
- следующая ›
- последняя »
