ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної роботи


Зміст

Вступ

Нанонаука і нанотехнології являють собою новий революційний шлях мислення і виробництва, використовуючи традиційний науковий підхід, заснований на прогресивно зменшуваному масштабі. На практиці цей підхід робить можливим створення продуктів і процесів з унікальними властивостями. У найближчі десять років саме розвиток нанотехнологій і виготовлення нових наноматеріалів стане одним з основних стимулів змін в науці. У зв'язку з цим дослідження в області наноструктур і технологій набувають все зростаючу значущість, оскільки мають потенціал для створення нових способів отримання матеріалів, контрольованого маніпулювання та управління властивостями матеріалів на нанорівні [ 1 ].

Аналіз стану і тенденцій розвитку об'єктів наноіндустрії дозволяє зробити висновок про те, що однією з найбільш перспективних областей нанотехнологій є синтез вуглецевих наноматеріалів (УНМ). Серед цих матеріалів особливе місце займають вуглецеві нанотрубки (УНТ), які при діаметрі 1 ... 50 нм і довжині до декількох мікрометрів утворюють новий клас нанооб'єктів. УНТ володіють рядом унікальних властивостей, обумовлених впорядкованою структурою їх нанофрагментов, матеріали, створені на основі УНТ, можуть успішно використовуватися в якості структурних модифікаторів конструкційних матеріалів, акумуляторів водню, елементів радіоелектроніки, і т.д. Широко обговорюється використання вуглецевих нано-структур в тонкому хімічному синтезі, біології та медицині.

1. Актуальність теми

Відомий ряд методів отримання вуглецевих наноматеріалів: електродугової, лазерне і термічне розпорошення графіту, конденсаційний метод. Зазначені методи мають певну ефективнісь, але слабо придатні для промислового застосування, і мають ряд істотних недоліків, таких як висока вартість обладнання та складність організації виробництва.

Магістерська робота присвячена актуальному науковому завданню розробки теплотехнічних параметрів і систем для створення можливостей промислового синтезу вуглецевих нанотрубок методом каталітичного піролізу, який на відміну від зазначених вище методів, має низку переваг, таких як: порівняно низька енергоємність процесу; застосування дешевої і доступної вуглецевої сировини; "м'які" технологічні параметри синтезу; простота конструкцій і технологічність виготовлення використовуваної апаратури, відсутність необхідності очищення від домішок.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою дослідження є розробка теплотехнічних параметрів роботи реактора піролітичної синтезу вуглецевих нанотрубок, з каталізатором на твердій підложці, а так само методи їх реалізації. Дане дослідження спрямоване на зменшення енергетичних витрат, підвищення інтенсивності масообмінних процесів, що збільшить вихід готового продукту, а так само на спрощення процесу виробництва.

Основні завдання дослідження:

  1. Аналіз методів каталітичного піролізу вуглецевих нанотрубок.
  2. Оцінка способів зменшення енергетичних витрат шляхом оптимізації теплотехнічних параметрів синтезу.
  3. Пошук і вирішення проблеми низьких значень ефективності тепло і масообміну.
  4. Розробка пристрою, збільшує інтенсивність процесів тепло і масообміну.

Об'єкт дослідження : синтез вуглецевих нанотрубок.

Предмет дослідження : розробка теплотехнічних параметрів синтезу, а так само підвищення ефективності тепло і массоообменних процесів.

3. Загальні відомості

Вуглецеві нанотрубки - це протяжні циліндричні структури діаметром 1 .. 10 нанометрів і завдовжки до декількох сантиметрів, що складаються з однієї або декількох згорнутих в трубку гексагональних графітових площин і закінчуються зазвичай напівсферичної головкою, яка може розглядатися як половина молекули фулерену [ 3 ]. Вуглецеві нанотрубки були відкриті в 1991 році японським дослідником Іджімой. Перша нанотрубка була отримана шляхом розпилення графіту в електричної дузі. Вимірювання, виконані за допомогою електронного мікроскопа, показали, що діаметр таких ниток не перевищує декількох нанометрів, а довжина від одного до кількох мікрон.

Розрізавши нанотрубку уздовж поздовжньої осі, було виявлено, що вона складається з одного або декількох шарів, кожен з яких представляє гексагональну сітку графіту, основу якої складають шестикутники з розташованими в вершинах кутів атомами вуглецю. У всіх випадках відстань між шарами одно 0,34 нм, то є таке ж, як і між шарами в кристалічному графіті. Верхні кінці трубочок закриті напівсферичними кришечками, кожен шар яких складений з шести-і п'ятикутників, що нагадують структуру половинки молекули фулерену. [ 4 ]

Нанотрубки є членами сім'ї фулеренів, яка також включає в себе сферичні фулерени. Діаметр нанотрубки на порядок декількох нанометрів (Приблизно 1/50, 000 ширини людської волосини), в той час як вони можуть бути до 18 сантиметрів в довжину (станом на 2010) Прикладна квантова хімія, зокрема, орбітальна гібридизація найкраще описує тип хімічного зв'язку в нанотрубках. Хімічні зв'язку нанотрубок повністю складаються з SP2 зв'язку, подібної графіту. Ці зв'язки сильніше, ніж SP3, вони і забезпечують нанотрубки їх унікальною силою. Крім того, нанотрубки природно об'єднуються "канати" утримуються разом силами Ван-дер-Ваальса [ 5 ].

3.1 Типи вуглецевих нанотрубок

Ідеальна нанотрубка - Це циліндр, отриманий при згортанні плоскої гексагональної сітки графіту без швів. Взаємна орієнтація гексагональної сітки графіту і поздовжньої осі нанотрубки визначає дуже важливу структурну характеристику нанотрубки - хіральність.

Хіральність - це стереохимической властивість, що означає несумісність об'єкта зі своїм дзеркальним відображенням. Вона характеризується 2 цілими числами (m, n), які вказують місцезнаходження того шестикутника сітки, який в результаті згортання повинен збігтися з шестикутником, що знаходяться в початку координат. Хіральність нанотрубки може бути також однозначно визначена кутом , утвореним напрямком згортання нанотрубки і напрямком, в якому сусідні шестикутники мають загальну сторону. Є дуже багато варіантів згортання нанотрубок, але серед них виділяються ті, в результаті згортання яких не відбувається спотворення структури гексагональної сітки. Цим напрямками відповідають кути = 0 і = 300, що відповідає хіральності (m, 0) і (2n, n).

У процесі синтезу можливо освіта як одношарових (ОУНТ) так і багатошарових (Мунте) вуглецевих нанотрубок. Структура ОУНТ, які спостерігаються експериментально, у багатьох відносинах відрізняється від представленої вище ідеалізованої картини. Перш за все це стосується вершин нанотрубки, форма яких, як слід зі спостережень, далека від ідеальної півсфери. Серед одношарових нанотрубок особливий інтерес представляють нанотрубки з хіральність (10, 10). Проведені розрахунки показали, що нанотрубки з подібною структурою повинні володіти металевим типом провідності, а також мати підвищену стабільність і стійкість в порівнянні з трубками інших хіральності. Справедливість цих тверджень була експериментально підтверджена в 1996 році, коли вперше був здійснений синтез нанотрубок з D = 1,36 нм, що відповідає хіральності (10, 10).

Багатошарові нанотрубки відрізняються від одношарових значно більш широким розмаїттям форм і конфігурацій. Різноманітність структур проявляється як у поздовжньому, так і в поперечному напрямку. Структура типу «російської матрьошки »представляє собою сукупність коаксіально вкладених одна в одну циліндричних трубок. Інший різновид цієї структури являє собою сукупність вкладених одна в одну коаксіальних призм. Ще одна з структур нагадує сувій. Для всіх названих структур характерно значення відстані між сусідніми графітовими шарами, близьке до величини 0,34 нм, притаманною відстані між сусідніми площинами кристалічного графіту.

4. Отримання вуглецевих наноматеріалів методом каталітичного піролізу вуглецевмісних газів

За вихідній сировині можна виділити дві групи процесів синтезу УПМ, перша з яких включає диспропорционирование СО, друга піроліз вуглеводнів. Роботи Р. Смоллі поклали початок створенню процесу HiPСО (The High pressure CO) - методики для каталітичного виробництва ОУНТ в безперервному потоці CO (Вихідна сировина) з використанням Fe (CO) 5 в якості залізовмісного каталізатора. Нанотрубки отримують, пропускаючи CО, змішаний з Fe (CO) 5 , крізь нагріте реактор. Цим методом були зроблені нанотрубки діаметром усього 0,7 нм, які, як передбачається, мають найменші розміри з досяжних хімічно стійких ОУНТ.

В університеті м. Оклахома (США) розроблено процес CoMoCAT. В цьому способі вуглецеві матеріали вирощують диспропорціонування СО при t = 700 ... 950 ° C. Методика базується на унікальному складі каталізатора Co / Mo, який уповільнює спікання частинок CO і тому уповільнює процес формування небажаних форм вуглецю. В ході реакції CO відновлюється від оксидного стану до металевого. Одночасно Mo перетвориться в форму карбіду Mo 2 C.

До істотних недоліків процесу HiPCO слід віднести складно переборні проблеми проведення процесів диспропорціонування СО, особливо у великих обсягах, через необхідність подачі холодного СО в зону з високою температурою. Процес CoMoCAT заснований на використанні унікального і, як наслідок, дорогого каталізатора. До того ж СО є токсичним газом і становить значну небезпеку при його використанні в промислових умовах. Тому, для більш детального дослідження був обраний метод одержання вуглецевих нанотрубок піролізом вуглеводнів, в реакторах хімічного синтезу з каталізатором на твердій підкладці.

Піролізу в принципі можуть піддаватися будь углеродсодержащие речовини. Описано, зокрема, отримання нановолокна піролізом найпростіших вуглеводнів парафінового ряду - СН 4 (Першими були роботи, виконані в Інституті каталізу ім. Г.К. Борескова СО РАН і в Північно-Східному університеті, м. Бостон, США), С 2 Н 6 , C 3 H 8 і C 5 H 12 . Численні публікації присвячені піролізу З 2 Н 2 , вивчений піроліз таких не граничних вуглеводнів, як С 2 Н 4 , З 3 Н 4 , З 3 Н 6 , метилацетилен. Насичені циклічні вуглеводні представлені циклогексаном, ароматичні вуглеводні - С 6 Н 6 , З 6 Н 5 СН 3 , (СН 3 ) 2 З 6 Н 4 , поліароматичні - поліфеніацетіленом, піридином і піреном, кетони - Ацетоном, спирти - метанолом і етанолом, і так далі.

З перерахованого вище випливає, що в якості джерела вуглецю для процесів синтезу УПМ можуть використовуватися практично будь-які углеродсодержащие гази. Однак при створення технології промислового синтезу УПМ доцільно вибирати найбільш доступні і дешеві гази, до того ж забезпечують високу продуктивність, наприклад метан або пропан-бутанові суміші.

За способом організації процеси піролізу можна розділити на дві групи: з каталізатором на носії і з летючим каталізатором. У першому випадку активний компонент каталізатора вводять в реакційну зону на підкладці або носіях в твердому вигляді, в другому - в вигляді пари або розчинів, розпорошених в тонкі краплі. Як парів використовують карбоніли, фталоціанін, металлоцени та інші сполуки металів, як розчинів - наприклад, карбоніли металів в толуолі. "Розчинний" варіант реалізують в інжекторних реакторах.

Прикладом проведення процесу з летючим каталізатором є таке пристрій. Кварцова трубка, що містить дві зони нагріву, виступає в ролі реактора. Суміш камфори і ферроцена з кварцовою підкладкою поміщається в центр труби, на рівній відстані від зон нагріву. Після нагріву печі підкладка зміщується в зону з меншою температурою, де камфора і фероцен випаровуються при 200 ° С і піддаються піролізу в зоні з температурою 900 ° С в струмі аргону 50 мл / хв. Після 15 хвилин нагрів відключається. При охолодженні до кімнатної температури отримують вуглець, обкладена на кварцовою підкладці і внутрішній стінці кварцовою труби в зоні з високою температурою. Ці процеси недостатньо поширені, відсутні відомості про їх застосування в широких масштабах.

Розглянемо процеси з каталізатором на носії. Одним з їхніх достоїнств є значно більша кількість УНТ і УНВ, одержуваних на одиницю маси каталізатора. Ця кількість (питома вихід) при отриманні УНВ може складати десятки і сотні грамів вуглецю на грам каталізатора (ГС / гkt). Величина питомої виходу при синтезі ОУНТ зазвичай менше, ніж при отриманні Мунте. Ще одним параметром, що визначає ефективність процесів з каталізатором на носії, є питома продуктивність по каталізатору, тобто кількість УНТ або УНВ, одержуваних на одиницю маси каталізатора в одиницю часу (г / (гкат хв)).

Використовують різноманітні способи активації процесу: термічний (зовнішній нагрів реактора, гаряча нитку, часткове спалювання вуглеводнів), плазмовий (Різні види розрядів), лазерний (селективне збудження коливальних мод), за допомогою електричного потенціалу на підкладці, комбінований (гаряча нитку і розряд, селективне збудження і розряд.

Піролітичним способи допускають матричний синтез шляхом, наприклад, вирощування УНТ і УНВ на каталізаторі, введеному в нанопори мембран. Тільки каталітичним піролізом, використовуючи можливості процесу хімічного осадження з газової фази, можна отримувати структуровані опади УНТ і УНВ на підкладках з каталізатором, нанесені у вигляді впорядкованих острівців, смуг і будь-яких фігур, тобто виготовляти елементи приладів.

Переважна частина наукової та патентної літератури з синтезу вуглецевих УНТ і УНВ присвячена періодичним процесам. Їх реалізують, як правило, в трубчастих реакторах, типова схема яких представлена ??на малюнку 1.

Схема горизонтального періодичного реактора для піролізу вуглецевих газів

Рисунок 1 - Схема горизонтального періодичного реактора для піролізу вуглецевих газів:

1 - кварцова труба; 2 - ізоляція; піч з резистивним обігрівом, 3 - шар каталізатора, 4 - човник; 5 - термопара

Нагріту до температури піролізу (550 ... 1000 ° С) реакційну зону продувають інертним газом (Ar, He), потім подають вуглецевмісний газ. Рухомий вздовж каталізатора газ дифундує крізь його шар і сорбується на поверхні активних центрів (метал), де протікає ряд послідовних хімічних реакцій, кінцевими продуктами яких є вуглець і водень.

Продуктами даного процесу, який класифікується як газофазне хімічне осадження (ГФХО) або CDV-процес, є: УПМ, ОУНТ, Мунте та УНВ. У загальних рисах термодинамічні співвідношення, що описують процеси освіти УПМ при розкладанні, наприклад метану CH 4 , Можна представити таким чином.

Загальна реакція освіти з газоподібного метану CH 4 (г) , графіту - стандартного стану твердого вуглецю C (т) :

CH 4 (г) = C (т) + 2H 2 (г) K1

де K1 - константа рівноваги реакції.

Активність метану а г можна визначити співвідношенням

а г = К1 (Р СН4 / Р 2 Н 2 )

де Р СН4 - Рівноважний тиск метану;

Р Н2 - рівноважний тиск водню.

Проте в результаті відбувається освіта не більш термодинамічно стабільного графіту, а метастабільної форми вуглецю - вуглецевого волокна.

Тому, приймаючи

З (т) = З (в) K2,

енергію освіти Гіббса Gв для вуглецевого волокна і активність

а в = exp (Gв / RT),

отримуємо умову, за якої освіта волокна термодинамічно дозволено.

а г > а в

де (г - графіт, т - твердий вуглець, в - волокно).

Властивості піролітичних УПМ відрізняються від властивостей наноструктур, отриманих дуговим і абляціонним способом. Як правило, вони містять більшу кількість дефектів, мають широкий діапазон розсіювання діаметральні розмірів і довжини, великі межслоевое відстані. Тому, незважаючи на гадану простоту організації піролізні способи синтезу вимагають ретельного підходу до вибору використовуваних параметрів, вивчення та оптимізації кінетичних характеристик процесу. В цьому випадку вдається отримати УПМ з високими якісними показниками, в тому числі і ОУНТ.

Аналіз літературних джерел дозволяє встановити основні параметри, впливають на структуру, морфологію і властивості піролітичних УПМ, це:

  1. складу газової суміші;
  2. природа каталітичних систем;
  3. температура і тиск;
  4. тривалість процесу;
  5. умови здійснення фазових перетворень, що визначаються конструкцією реактора.

Для отримання УПМ найбільш часто використовують диспропорционирование монооксиду вуглецю, розкладання: метану, бутану, етилену, пропілену, ацетилену. Практично всі автори обгрунтовують вибір того чи іншого газового реагенту, підкреслюючи його достоїнства. Слід погодитися з думкою авторів, що хімічна природа використовуваного газу істотного впливу на морфологію нановуглецевих відкладень не надає.

Підкреслюється, наприклад, кінетична стабільність метану, що разом з тим вимагає підвищення температури піролізу, особливо для отримання якісних нанотрубок. Використання CO призводить до отримання трубок з меншим (<20 нм) діаметром, разом з тим складно уявити створення екологічно чистих виробництв в присутності в якості сировини CO.

При створенні умов для отримання УПМ в значних кількостях слід взяти до уваги, що зв'язок продуктивності і якості одержуваного матеріалу залежно від виду газового сировини проявляється кінетикою процесу. Важливим є також доступність сировини та безпека виробництва. Для прикладних потреб важливо домогтися мінімального присутності в продукті аморфного вуглецю, з цією метою застосовують розбавлення вуглеводню воднем. З метою пасивації активних каталітичних частинок, перешкоджає їх закоксовування і втрати активності, застосовують також аміак, а для збільшення виходу УПМ додають CO.

Найважливішим компонентом піролітичної способу синтезу УПМ є природа каталітичної системи. При цьому слід враховувати не тільки склад, але і спосіб його приготування і нанесення на підкладку. Коло використовуваних для отримання УПМ піролізом вуглеводнів каталізаторів досить великий. В основному використовуються метали 3d-групи - залізо, нікель, кобальт та їх бінарні суміші та сплави з іншими металами: Co / Fe, Fe / Mo, Co / Mo, Fe / Cu.

Використання бінарних складів може призвести до підвищення ефективності процесу зростання УПМ. Так, деякі дослідники в своїх роботах отримували якісні багатошарові нанотрубки при каталітичному розкладі C 2 H 2 на частинках Co + Mo, нанесених на Y-цеоліти. Хороші результати були отримані при використанні каталізатора Fe / Mo і метану з температурою піролізу 680 ° C.

Для ефективного зростання нанотрубок необхідно, щоб активні центри катализаторной маси мали малі розміри. Використання високодисперсних порошків з мікрометричними розмірами, досяжними шляхом механічного диспергування, представляється малоефективним. В некотрих роботах застосовували порошок Ni з розміром частинок 3 мкм при піролізі бензолу і температурі до 900 ° C. Було отримано певна кількість Мунму з числом шарів до 65 і діаметром <100 нм. Разом з тим спостерігалося спікання частинок Ni і, як наслідок, низький вихід (ГС / гkt) цільового продукту. Тому при синтезі каталізаторів використовують різні носії, застосовуючи при цьому методи співосадження, импрегнирования, нанесення суспензій на підкладку, термічне розкладання і ін як носії використовують нелеткі оксиди та гідроксиди металів (Mg, Ca, Al, La, Ti, Y, Zr), цеоліти, селикогелем, пористий Si, алюмогель та ін

Роль носіїв - запобігання спікання металевих частинок каталізатора, забезпечення їх рівномірного розподілу в катализаторной масі, промотує вплив на піроліз.

Вибір носія визначається рядом факторів, головний з яких - Рівень складності видалення носія з УПМ по закінченні процесу синтезу. У цьому сенсі вельми привабливий оксид магнію MgO, легко видаляється з продукту кислотної обробкою. Принципово важливе значення мають природа і склад каталізаторів піролізу вуглеводнів. Саме вони значною мірою визначають температуру і тиск при проведенні процесів, характер одержуваних нановуглецевих трубок.

До сих пір чітко неясні фактори, що визначають швидкість деструкції вуглеводнів і зростання УНТ, що не дозволяє отримати аналітичні вираження кінетичних рівнянь. Разом з тим найважливішими чинниками зростання вважаються наступні:

  1. Характер і природа реакцій, протікають як на поверхні каталізатора, так і в газовій фазі. Однак тільки цим навряд чи можна пояснити експериментально спостережуваний факт впливу довжини тонкоплівкового каталізатора на швидкість утворення і вихід ОУНТ. Так, на каталізаторі Мо - Fе / Al 2 O 3 з розміром плівки 1 ? 1 см УНТ з СН 4 не утворюються. Разом з тим, збільшення розміру до 1 ? 15 см призводить до зростання "лісу" УНТ.
  2. Розмір часток каталізатора. Поверхня каталізаторів енергетично неоднорідна, але при цьому ізотерми адсорбції на них ні вихідних вуглеводнів, ні проміжних продуктів невідомі. На їх поверхні можуть протікати і вторинні процеси - Потовщення нанотрубок в результаті відкладення аморфного вуглецю, адсорбції поліароматичних сполук або графітизованих частинок.
  3. Підвищення температури підсилює зростання відкладень, але, природно, інгібує процеси не тільки фізичної, а й хімічної адсорбції. Серед опублікованих експериментальних даних, що характеризують швидкість росту УНТ, наведені тільки технологічні параметри і відсутні кінетичні. Немає даних по константам швидкостей, що здається енергії активації процесу, навіть з найбільш загальних міркувань не можна відповісти на питання, в якому режимі: кінетичному, дифузійному або змішаному реалізується процес зростання УНТ.

Кінетика процесів каталітичного піролізу вуглеводнів вивчена вкрай недостатньо. Так, порядок реакції по СН 4 змінюється від 1,2 до 1,8, середня величина 1,5. Це не можна пояснити посиленням паралельного некаталітичного розкладання метану з ростом Р (СН 4 ). Вклад некаталітичного розкладання метану при цьому в загальну швидкість процесу в тому і в іншому випадку повинен бути однаковий.

З іншого боку, отримані експериментальні результати, що вказують, що формальний порядок піролітичної освіти УНВ є функцією температури, зростаючи від 1,0 (600 ° С) до 1,3 (700 ° С). Отримано і достатньо дивні результати, що вказують на незалежність швидкості піролізу з утворенням ОУНТ від Р (СН 4 ), тобто на нульовий порядок реакції по метану. Це не можна пояснити контролем процесу об'ємної або латеральної дифузії, при яких кінетичний порядок повинен бути дорівнює 1. Швидше за все лімітуючої стає інша стадія багатостадійного процесу, не пов'язана з участю вуглецевмісних частинок.

У відсутності кінетичних закономірностей, в принципі, не можна розглядати стадійний механізм синтезу УНТ. Для його навіть імовірною формулювання необхідно знати порядки реакцій по всіх реагує речовин при постійній температурі і в умовах сталості активності каталізатора. Необхідні дані за ступенями заповнення поверхні каталізатора молекулами реагентів або продуктами їх деструкції. Тільки в цьому випадку можна, в першому наближенні, сформулювати склад проміжного комплексу.

Слід зазначити, що необхідно досліджувати і особливості латеральної дифузії частинок адсорбату на поверхні каталізатора, як функції його природи, температури системи і парціального (а не загального в системі) тиску реагенту. Без детального дослідження цих процесів поки рано ставити питання про реально обгрунтованому механізмі процесу. Тим більше, що він сам або, по крайней мере, природа лімітуючої стадії, безсумнівно, є функцією природи каталізатора. Поки ж у літературі йдеться про передбачуване брутто-процесі або, вірніше, про деяких його стадіях, хоча, можливо, і лімітують.

Усі розглянуті підходи, їх уточнення потребують постановці спеціальних досліджень, часом дуже дорогих. Але без отримання відповідних даних, причому не на одній, а на цілому ряді систем не можна створити наукових основ синтезу УНТ каталітичним піролізом. В такому випадку буде відсутнім прогнозна база і всяка наукова робота приречена на використання методу послідовного наближення - методу надзвичайно дорогого і тривалого.

В якості базового методу, реалізованого нами для отримання УПМ в промисловому обсязі, використовувалася методика, викладена в [ 10 ], і дослідження проведені в РХТУ ім. Д.І. Менделєєва Каталізатор отриманий відновленням в атмосфері водню при 873 К прекурсору NiO / MgO, приготованого співосадження в кислому середовищі солей Ni і Mg. Приблизна рівність іонних радіусів Mg 2 + і Ni 2 + сприяє тому, що NiO і MgO мають гарну взаємної розчинністю і в бінарної системи NiO / MgO утворюють твердий розчин Ni x Mg 1 - X O. Через це іони Ni розподілені розріджено і рівномірно за обсягом решітки MgO і при взаємодії прекурсора з H 2 тільки невелика частина іонів Ni відновлюється до металевого Ni, причому повного відновлення всього Ni перешкоджає також і валентна стабілізація кристалічним полем MgO. В результаті кластери металевого Ni рідко і рівномірно розподілені на поверхні носітля і мають малі розміри.

В черговий раз відзначаючи найважливішу роль, яку відіграє каталізатор в процесах ГФХО, необхідно також констатувати, що кількість активного металу в катализаторной масі може бути фактором регулювання параметрів одержуваних УПМ і, в Зокрема, їх діаметрів. Проведені в РХТУ ім. Д.І. Менделєєва дослідження на Ni / MgO каталізаторі при піролізі CH 4 виявили наступний ефект:

Ni / Mg 2:1 1:3 1:5 1:10 1:20
T, ° С 510 580 620 630 650
D Мунте , нм 35 - 21 17 13

Висновки

Синтез вуглецевих наноматеріалів, і вуглецевих нанотрубок в Зокрема, є одним з найбільш перспективних напрямків нанонауки і представляє не тільки теоретико-дослідний, а й практичний інтерес. Розробка оптимальних способів синтезу призводить до спрощення промислового виробництва, збільшення виходу придатного продукту і зменшення матеріальних витрат.

Магістерська робота присвячена актуальній науковій завданню розробки теплотехнічних характеристик способу отримання вуглецевих нанотрубок методом каталітичного піролізу вуглецевмісних газів. У рамках проведених досліджень виконано:

  1. На підставі аналізу літературних джерел виділені основні параметри, які можуть бути використані в запропонованому методі синтезу нанотрубок.
  2. Проведено ряд експериментів по збільшенню інтенсивності процесів тепло і масообміну, проаналізовано отримані результати.

Подальші дослідження спрямовані на наступні аспекти:

  1. Якісне вдосконалення запропонованого методу, його доповнення і розширення.
  2. Розробка пристрою дозволяє збільшити інтенсивність тепло і масообмінних процесів.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  1. Вісник прідніпровської державної академії будівництва та архітектури, № 9, вересень 2009 (138) Приходько А. П., Сторчан Н. С. Нанотехнології: стан, напрями і тенденції розвитку у виробництві будівельних матеріалів. с.12
  2. Міщенко С.В., Ткачов А.Г. Вуглецеві наноматеріали. Виробництво, властивості, застосування. - М.: Машинобудування, 2008. - 320 с.
  3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Углеродные_нанотрубки
  4. http://www.portalnano.ru/read/prop/pro/part2/c-nanotubes
  5. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube
  6. http://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_properties_of_carbon_nanotubes
  7. Popov, M.; et al. (2002). "Superhard phase composed of single-wall carbon nanotubes ". Physical Review B 65 (3): 033408.
  8. http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2003/07/23_motor.shtml
  9. http://landrefs.land.ru/ref/20/4.html
  10. http://www.patentgenius.com/patent/7001586.html