Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Процессы и реакционное оборудование производства углеродных наноматериалов

Рухов А В,

1.1.7. Получения УВНМ способом пиролиза кислородосодержащих соединений

Известны способы синтеза углеродных нанотрубок и нановолокон при разложении кислородсодержащих соединений: метанола [55, 56], этанола [56–77], камфоры [78], фенола [79], ацетона [80, 81].

Синтез углеродных нанотрубок прикаталитическом пиролизе этилового спирта, как правило, проводится при остаточном давлении ≈ 1 кПа [77].

В установке, состоящей из реактора, электронного блока, форвакуумного насоса и системы подачи углеродсодержащей парогазовой смеси (ПГС), реализована возможность контроля давления и температуры. Максимальная температура нагрева реактора 1200 °С. Для синтеза УНТ использовался золь-гель катализатор [77]. Гель наносится на полированную корундовую подложку. После нанесения катализатора подложка помещается в реактор, где проводился синтез УНТ при пиролизе этанола, температура процесса 600 °С, время 15 минут [77].

Как показали исследования, проводимые с использованием методов ИК-спектроскопии, разложение паров этанола в присутствии никелевого катализатора идет по схеме [82]:

C₂H₅OH ═ C₂H₄O + H₂, (1.1)

C₂H₄O ═ CO + CH₄, (1.2)

2CO ═ C + CO₂. (1.3)

В присутствии паров воды (порядка 4 % от объема этанола) возможны реакции с продуктами реакции (1.2) [83]:

CH₄ + H₂O ═ CO + 3H₂, (1.4)

CO + H₂O ═ CO₂ + H₂. (1.5)

Нужно учитывать, что выход реакции паровой конверсии метана по уравнению (1.8) незначительный, т.к. она реализуется в невыгодных условиях с точки зрения термодинамики процесса (оптимальный режим: температура 800–1000 °С и давление 2,0–3,0 МПа [84]).

Предложен способ получения УНВ при ступенчатом нагреве до 400 °С смеси поливинилового спиртаи металлсодержащих соединений, применен отход производства цветной металлургии – металлургическая пыль, содержащая оксиды кобальта, никеля, меди, сульфиды никеля и меди, взятая в смеси с 5–10 %-м раствором поливинилового спирта в мольных соотношениях 1:(1–4) (пыль:ПВС) [85].

Выводы. Процессы синтеза УНТ и УВНМ с использованием кислородсодержащих исходных веществ вполне отвечают требования технологии, экологии и экономики и могут быть рекомендованы для реализации в промышленном производстве. На наш взгляд, перспективным, с точки зрения промышленной реализации, является способ синтеза УНТ при пиролизе паров этанола на поверхности металлических катализаторов на порошкообразных носителях.