ВУЗ:
Составители:
окружающая газовая среда. Эти обстоятельства способствуют снижению общих энергозатрат на получение УНМ и, как
следствие, уменьшению их себестоимости.
Таким образом, согласно классификационным признакам единой номенклатуры типовых химических реакторов,
установлено, что на начальном этапе перехода от лабораторных к промышленным технологиям CVD-синтеза УНМ наиболее
рациональным является использование:
− ёмкостных, цилиндрических аппаратов вертикального исполнения;
− неподвижного слоя мелкодисперсного сыпучего катализатора;
− полунепрерывного режима работы;
− размещения нагревательных элементов внутри реактора.
Реализуемая в реакторе технология получения углеродных наноструктурных образований поликристаллического
углерода предусматривает каталитический пиролиз углеродсодержащей смеси. Диффундируя через слой мелкодисперсного
катализатора, углеводород сорбируется на поверхности наноразмерных частиц металла катализатора, где протекает целый
ряд последующих химических реакций, конечными продуктами которых являются углерод и водород. При достижении
необходимой концентрации углерод графитизируется в форме нитевидных образований (углеродных нанотрубок).
На основании результатов экспериментов и аналитических расчётов установлены рекомендуемые параметры CVD
синтеза УНМ:
− температура 620 … 650°С;
− давление – атмосферное;
− толщина слоя катализатора < 0,001 м;
− состав катализатора: Ni/Mg/Y;
− размер частиц катализатора > 0,06 мм;
− инертная среда – Ar;
− состав газовой смеси: 70% бутана, 30% пропана (в случае рецикла – H
2
);
− расход газовой смеси – 500 л/ч;
− время процесса синтеза УНМ – до 30 мин.
В цилиндрическом реакторе ёмкостного типа, вертикального исполнения реализуются гетерокаталитические,
эндотермические, массообменные процессы в среде инертных газов при неподвижном слое периодически загружаемого в
реактор катализатора и внутреннем обогреве реакционной зоны.
На рисунке 19 показана схема реактора с указанием внутренних устройств.
Работа реактора включает в себя следующие стадии:
1) продувка инертным газом (Ar);
2) напыление катализатора
6
, сопровождаемое поворотом диска-подложки
4
на угол 315
о
;
3) нагрев реакционной зоны до температуры 630 … 650°С нагревателями
3
;
4) подача углеродсодержащей газовой смеси через штуцер
9
;
5) пиролиз углеводорода, сопровождаемый синтезом УНМ;
6) выгрузка готового материала с помощью скребка
11
при вращении диска-подложки
4
без разгерметизации аппарата.
Далее повторение цикла при выполнении п. 2, 4, 5, 6.
Таким образом, в реакторе реализуется полунепрерывный режим работы. Количество последовательно выполненных
циклов синтеза ограничивается только объёмом бункера (если его периодическая выгрузка не предусмотрена) и
лимитируется необходимостью периодической профилактики всех систем аппарата (очистка реакционной зоны, продувка
магистралей и запорной арматуры и т.д.), которая оговаривается в технологическом регламенте эксплуатации реактора.
На рисунке 20 представлена фотография опытно-промышленного реактора производительностью 2000 кг/год,
сконструированного на основе вышеизложенной методики расчёта основных технологических и конструктивных
параметров.
Полученный материал представляет собой наномасштабные нитевидные образования поликристаллического графита в
виде многослойных пакетированных нанотрубок с преимущественно конической формой графеновых слоёв. Товарная форма
УНТ выпускается в виде агломератов микрометрических размеров.
На рисунке 21 представлена микрофотография материала, а в табл. 1 – основные характеристики полученных УНМ.
В настоящее время полученный наноматериал, реализуемый под торговой маркой «Таунит», проходит стадию
исследования на предмет использования в различных областях, в более чем 120 научных организациях и предприятиях
Российской Федерации и за рубежом.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- …
- следующая ›
- последняя »
