Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля

Рассмотрены основные методы получения углеродных нанотрубок – нового перспективного материала. Оценена возможность широкого их применения. Проведены эксперименты по исследованию природы образования углеродных нанотрубок в газофазных установках пиролиза ННЦ ХФТИ. Эти установки позволяют не только ко...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2004
Автори:	Гурин, В.А., Гурин, И.В., Левин, Д.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2004
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80382
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля / В.А. Гурин, И.В. Гурин, Д.А. Левин // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 3. — С. 81-86. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-80382
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-803822015-04-18T03:01:40Z Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля Гурин, В.А. Гурин, И.В. Левин, Д.А. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Рассмотрены основные методы получения углеродных нанотрубок – нового перспективного материала. Оценена возможность широкого их применения. Проведены эксперименты по исследованию природы образования углеродных нанотрубок в газофазных установках пиролиза ННЦ ХФТИ. Эти установки позволяют не только контролировать температуру в рабочей зоне процесса, но и визуально наблюдать их образование. Розглянуто основні методи отримання вуглецевих нанотрубок – нового перспективного матеріалу. Оцінено можливість широкого застосування нанотрубок. Проведено експерименти з дослідження природи утворювання вуглецевих нанотрубок у газофазних установках піролізу ННЦ ХФТІ. Ці установки дозволяють не тільки контролювати температуру в робочій зоні процесу, але й візуально спостерігати процес утворення нанотрубок. The main methods of carbon nanotubes - new perspective material obtaining is reviewed. The passibility of broad application of nanotubes is estimated. The experiments on research of the nature of carbon nanotubes formation in the gas phase pyrolysis facilities of NSC KIPT are conducted. This facilities allow not only to control temperature in a working area of process, but also to observe the process of nanotubes formation. 2004 Article Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля / В.А. Гурин, И.В. Гурин, Д.А. Левин // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 3. — С. 81-86. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80382 541.16 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
spellingShingle	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Гурин, В.А. Гурин, И.В. Левин, Д.А. Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля Вопросы атомной науки и техники
description	Рассмотрены основные методы получения углеродных нанотрубок – нового перспективного материала. Оценена возможность широкого их применения. Проведены эксперименты по исследованию природы образования углеродных нанотрубок в газофазных установках пиролиза ННЦ ХФТИ. Эти установки позволяют не только контролировать температуру в рабочей зоне процесса, но и визуально наблюдать их образование.
format	Article
author	Гурин, В.А. Гурин, И.В. Левин, Д.А.
author_facet	Гурин, В.А. Гурин, И.В. Левин, Д.А.
author_sort	Гурин, В.А.
title	Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля
title_short	Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля
title_full	Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля
title_fullStr	Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля
title_full_unstemmed	Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля
title_sort	исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2004
topic_facet	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80382
citation_txt	Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля / В.А. Гурин, И.В. Гурин, Д.А. Левин // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 3. — С. 81-86. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT gurinva issledovanieprocessaosaždeniânanometričeskihuglerodnyhobrazovanijizgazovojfazynakatalizatoreporoškenikelâ AT guriniv issledovanieprocessaosaždeniânanometričeskihuglerodnyhobrazovanijizgazovojfazynakatalizatoreporoškenikelâ AT levinda issledovanieprocessaosaždeniânanometričeskihuglerodnyhobrazovanijizgazovojfazynakatalizatoreporoškenikelâ
first_indexed	2025-07-06T04:20:19Z
last_indexed	2025-07-06T04:20:19Z
_version_	1836869872723689472
fulltext	РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ И ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ УДК 541.16 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ НАНОМЕТРИЧЕСКИХ УГЛЕРОДНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ НА КАТАЛИЗАТОРЕ - ПОРОШКЕ НИКЕЛЯ В.А. Гурин, И.В. Гурин, Д.А. Левин ННЦ «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина Рассмотрены основные методы получения углеродных нанотрубок – нового перспективного материала. Оценена возможность широкого их применения. Проведены эксперименты по исследованию природы об- разования углеродных нанотрубок в газофазных установках пиролиза ННЦ ХФТИ. Эти установки позволя- ют не только контролировать температуру в рабочей зоне процесса, но и визуально наблюдать их образова- ние. ВВЕДЕНИЕ Открытие фуллеренов в 1985 г [1] и разработка технологий их получения в макроскопических коли- чествах положили начало систематическим исследо- ваниям поверхностных структур углерода. Основ- ным элементом таких структур является графито- вый слой – поверхность, выложенная не только пра- вильными шестиугольниками с атомами углерода, расположенными в вершинах. В случае фуллеренов такая поверхность имеет замкнутую сферическую или сфероидальную форму. Поверхностная структу- ра фуллеренов включает в себя не только правиль- ные шестиугольники, число которых зависит от раз- мера молекулы фуллерена, но также 12 регулярным образом расположенных правильных пятиугольни- ков. Некоторое представление о семействе фуллере- нов дает рис. 1. Рис. 1. Структуры фуллеренов: а) С60; б) С70 ; в) С80 Наряду со сферическими структурами, графито- вый слой может образовывать также и протяженные структуры в виде полого цилиндра. Подобные структуры, называемые нанотрубками (НТ), отлича- ются широким разнообразием физико-химических свойств и привлекают значительный интерес иссле- дователей и технологов. История открытия углеродных НТ тесно связана с историей открытия и детального исследования фуллеренов. Последнее стало возможным после со- здания Кретчмером, Хафманом и др. технологии по- лучения фуллеренов в макроскопических количе- ствах, основанной на термическом распылении гра- фита в электрической дуге с графитовыми электро- дами в атмосфере гелия. Вскоре после создания технологии получения фуллеренов было обнаружено, что в результате тер- мического распыления графитового анода в элек- трической дуге наряду с молекулами, принадлежа- щими к семейству фуллеренов, образуются также протяженные структуры, представляющие собой свернутые в однослойную или многослойную труб- ку графитовые слои. Длина таких образований, по- лучивших название «нанотрубки», достигает десят- ков микрон и на несколько порядков превышает их диаметр, составляющий обычно от одного до нескольких нанометров. Как показали наблюдения, выполненные с помо- щью электронных микроскопов, большинство НТ состоит из нескольких графитовых слоев либо вло- женных один в другой, либо навитых на общую ось. Расстояние между слоями практически всегда со- ставляет 0,34 нм, что соответствует расстоянию между слоями в кристаллическом графите. НТ обычно заканчиваются полусферической головкой. В начале основным методом синтеза НТ был ду- говой [2]: испарение графита при горении электри- ческой дуги постоянного тока между графитовыми электродами в токе инертного газа. На смену ему пришел более производительный лазерно-термиче- ский метод: испарение графитовой мишени в нагре- той до определенной температуры печи сканирую- щим лазерным лучом. В последнее время все большее внимание уделяют пиролитическому синте- зу из газообразных углеводородов, а также из СО, причем предпочтение отдают каталитическим про- цессам, позволяющим получать с относительно вы- соким выходом не только многослойные, но и одно- слойные и спиральные НТ (рис. 2). При синтезе НТ могут выделяться в различном виде и образовать твердый осадок разной плотно- _______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (85), с. 81-86. 81 сти: резиноподобный материал из переплетенных между собой нанотрубок (в уплотненном виде - нан- обумага), паутинообразный и текстурироанный ма- териалы из параллельных, но находящихся на неко- тором расстоянии друг от друга отдельных нанотру- бок («лес», «башни»). Помимо пустотельных цилин- дрических могут образовываться НТ конической структуры, спиралевидные, роговидные («нанорож- ки»), бамбуковидные (состоящие из отдельных зам- кнутых продолговатых секций), составленные из че- редующихся конусов НТ («наноколокольчики», «рыбья кость»), а также L-, T- и Y-образные НТ (изогнутые или разветвленные). Рис. 2. Примеры нанотрубок: а) однослойные; б) многослойные; в) спиральные В большинстве случаев синтез углеродных НТ сопровождается образованием других модификаций углерода: фуллеренов, наночастиц и аморфного уг- лерода. Соотношение выходов НТ и примесей опре- деляется условиями синтеза, поэтому очистка от примесей является важной составляющей частью синтеза НТ. Вкратце перечислим методы получения углеродных НТ. Известно, что в электрической дуге развивается температура до 4000°С, и при ее горении происхо- дит перенос вещества между электродами. В 1990 г электродуговой синтез в атмосфере инертных газов с применением графитовых электродов был впервые использован для получения фуллеренов в относи- тельно больших количествах. Именно в продуктах дугового синтеза в 1991г Индзима обнаружил угле- родные НТ [3]. В 1985 г лазерным методом были впервые полу- чены фуллерены, но для синтеза НТ он был исполь- зован лишь 10 лет спустя. Первая установка пред- ставляла собой кварцевую трубку диаметром 2,5 и длиной 50 см, на оси которой помещался графито- вый стержень диаметром 1,25 см. В трубе создавали вакуум, одновременно нагревая ее до 1200°С, затем в нее подавали аргон (давление 66,5 кПа, линейная скорость газа 0,2…2 см/с). Мишень облучали лазер- ным пучком с длинной волны 532 нм (Nd-лазер), ча- стотой импульсов 10 Гц, мощностью импульса 250 мДж и длительностью импульса 10 нс. Лазерное пятно диаметром 3 или 6 мм сканировали по поверх- ности мишени. Продукты испарения (многослойные НТ и наночастицы) собирали на охлаждаемом мед- ном кольце, на стенках трубы и на обратной стороне графитовой мишени. Суточная производительность первой установки составляла до 80 мг наноматериа- ла, содержащего НТ [3]. На выход и форму НТ, получаемых лазерным ме- тодом, влияет меньшее число параметров, чем в ду- говом синтезе. Можно предположить, что это и поз- волило достичь при лазерном синтезе заметно более высокого выхода НТ. Определяющим можно счи- тать температуру участка, с которого происходит испарение графита и градиент температур в газовой фазе вблизи этого участка. К сожалению, эти пара- метры в описанных экспериментах определялись недостаточно точно (сканирование луча по поверх- ности мишени затрудняло измерения) или не опре- делялось вообще. Вместо этого измерялись второ- степенные параметры, влияющие на температуру испарения: температура печи, мощность лазерного излучения, диаметр светового пятна на мишени, скорость перемещения пятна, давление газа и ско- рость газового потока и т.п. Вывод о том, что фуллерены и НТ образуются в паровой фазе вне зависимости от способа испарения графита или других форм углерода, был сделан до- вольно давно и нашел свое подтверждение в ряде работ. Помимо дугового и лазерного испарений гра- фита, рассмотренных выше, для получения нанотру- бок применяют также резистивное испарение, испа- рение электронным и ионным пучками, испарение солнечным светом[3]. Синтез НТ методом каталитического пиролиза углеводородов впервые был проведен в ХФТИ в 1982–1987 гг [4]. На процесс синтеза влияют темпе- ратура, вид исходного углеводорода и его парциаль- ное давление, природа катализатора и его характе- ристики (в первую очередь, размер частиц, которые определяют диаметр НТ), а также вид катализатора [3]. Продуктами пиролиза могут быть слои аморф- ного углерода или графита вокруг частиц катализа- тора, волокна, многослойные и однослойные НТ и т. п. Длина НТ и степень их покрытия частицами аморфного углерода зависит от длительности про- цесса. Для пиролиза используют ацетилен, метан, эти- лен или пропан. Исходным углеводородом для син- теза НТ также могут являться бензол, СО2, СО и т.д. Что касается области применения НТ, то возрас- тающий интерес к ним связан с возможностями их эффективного применения в различных отраслях промышленности [2]. Маленькие размеры и уникальная структура НТ определяют их необычные механические и элек- тронные свойства, причем электронные свойства НТ можно целенаправленно изменять в широком диапа- зоне. В отличие от графита, в НТ нет висячих свя- зей, поэтому они химически инертны. Высокая жесткость НТ сочетается с упругостью и способно- стью обратимо вспучиваться (коробиться) и склады- ваться (сжиматься, сплющиваться). Области применения можно условно разделить на две группы: применение в виде сравнительно массивных изделий или деталей («работает» множе- 82 ство НТ) и применение в миниатюрных изделиях и устройствах («работают» индивидуальные НТ). В первом случае – это наполнители для различ- ных композитов (легких, прочных, при необходимо- сти электропроводных и поглощающих энергию удара); материалы для химических источников тока и аккумуляторы газов. Во втором случае – это элек- тронные приборы и устройства, включая сверхма- лые и сверхбыстрые компьютеры, катоды полевых эмиттеров электронов, а также неразрушающиеся нанозонды в сканирующих микроскопах, высокоча- стотные резонаторы, «наносолома», «нанопипетки», предназначенные для введения в клетки живых ор- ганизмов с целью изучения их химической природы. С каждым годом появляется все больше областей применения НТ. Как следствие, вырастает и спрос на эти материалы. Цены на нанотрубки на мировом рынке колеблются в пределах 10…30 $ за грамм для неочищенных нанотрубок, и 50…80 $ за грамм для чистых нанотрубок [5]. С целью наладить в ННЦ ХФТИ возможность производства НТ на газофазных установках пиролиза [6] были проведены серии экс- периментов по исследованию природы образования каталитических осадков углерода. На данных уста- новках в 1982 г впервые был получен каталитиче- ский осадок, содержащий нанотрубки (рис. 3) [4]; катализаторами служили металлы подгруппы желе- за (никель, кобальт, железо). а б Рис. 3. Структуры углерода, образовавшиеся в ре- зультате каталитического разложения углерода из газовой фазы Применение метода осаждения углерода из газо- вой фазы на газофазных установках пиролиза ННЦ ХФТИ имеют большое преимущество перед други- ми установками для синтеза получения НТ: на этих установках имеется возможность в течение всего процесса не только контролировать температуру в рабочей зоне, но и визуально наблюдать за ростом образования каталитических осадков. 1. ИССЛЕДОВАНИЯ И КРАТКОЕ ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 1.1.ИССЛЕДОВАНИЯ ИНКУБАЦИОННОГО ПЕРИОДА ОБРАЗОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕ- СКИХ ОСАДКОВ НА КАТАЛИЗАТОРЕ Для более детального исследования этого вопро- са в качестве катализатора нами был использован порошок никеля с размером частиц 6…9 мкм. Ката- лизатор равномерно наносился на бинты (850× 80 мм) из хлопчатобумажной ткани (ткани-сорочки). Затем бинты с нанесённым на них порошком никеля наматывались на графитовые катушки, каждая ка- тушка обвязывалась углеродной нитью «Урал-НШ» для исключения разворота бинтов во время экспери- ментов (катушки и углеродные нити предварительно взвешивались). Содержание никеля в каждой катуш- ке определялось по результатам взвешиваний (табл. 1). Поверхностная плотность никеля на носителе ка- тализатора (ткань-сорочка) варьировалась в преде- лах 0,016…0,03 г/см2. Таблица 1 Массы графитовых катушек (МГ), ткань-сорочки (МН) и никеля на ней (МК) для каждой катушки Номер ка- тушки МГ, г МН, г МК, г 1 27,9 5,1 10,9 2 28 5,06 11 3 27,8 5,03 10,1 4 28,5 5,16 12,4 5 28,2 5,51 14,9 6 28,1 5,36 14,6 7 28,2 4,81 11,3 8 28,4 5,1 16,4 9 27,9 5,26 20,5 Затем катушки с катализатором загружали в трубчатый перфорированный нагреватель (рис. 4). Рис.4. Схема сборки: 1 – трубчатый перфорированный нагреватель; 2 – кварцевая трубка; 3 – графитовая катушка; 83 4 – носитель катализатора; 5 – дистанцирующая трубка; 6 – основание; 7 – ХА термопара Характерно, что сборка помещалась в камеру та- ким образом, что горячий спай ХА-термопары ка- сался поверхности ткань-сорочки с катализатором. Кроме того, температура на внешней поверхности нагревателя и на поверхности катушки с катализато- ром измерялась оптическим пирометром «Промінь». Эксперименты проводились при 800°С по термо- паре; длительность выхода на режим (800°С) состав- ляла ~ 10 мин; расход природного газа через уста- новку пиролиза (объемом ~300 литров) поддержи- вался на уровне 4…4,5 м3/ч. Характерно, что во всех случаях при температу- ре внешней поверхности нагревателя 900°С (по пи- рометру) температура на поверхности катушки по термопаре и пирометру была 800°С, т.е. заметно ни- же. Кажется, единственным разумным объяснением этого факта может быть то обстоятельство, что ката- литические реакции образования углерода эндотер- мические и происходят довольно интенсивно. Взвешивая нагреватель и пустые катушки после каждого процесса, было замечено, что их масса практически не изменилась. Это свидетельствует, о том, что обычные некаталитические реакции оса- ждения пироуглерода на графите (материал нагрева- теля и катушек) при этих температурах не идут с за- метной скоростью, что находится в соответствии с ранее полученными результатами [7]. Визуально процесс образования каталитического осадка (КО) можно было заметить в смотровое окно спустя 20…30 мин после выхода на режим, когда начиналось распухание образца. По вышеописанной схеме был проведено 9 экс- периментов. Результаты их приведены в табл. 2, а для наглядности графически представлены на рис. 5 и 6. Таблица 2 Результаты по кинетике образования каталитического осадка Номер катуш- ки МН,г МК, г t, мин МНК, г МКО, г V, г/ч VУД, г/гNi⋅ч W, г/гNi 1 5,1 10,9 10 1,173 2,037 12,198 1,115 0,1862 2 5,06 11 20 1,1638 3,2762 9,8384 0,8985 0,2992 3 5,03 10,1 20 1,1569 2,7831 8,3577 0,8259 0,275 4 5,16 12,4 30 1,1868 8,8132 17,626 1,4272 0,7136 5 5,51 14,9 35 1,2673 9,6527 16,557 1,1097 0,647 6 5,36 14,6 40 1,2328 11,397 17,087 1,1736 0,7828 7 4,81 11,3 60 1,1063 19,334 19,334 1,7079 1,7079 8 5,1 16,4 180 1,173 79,177 26,392 1,6054 4,8161 9 5,26 20,5 180 1,2098 102,68 34,227 1,668 5,0039 Примечание: МН – масса носителя катализатора перед экспериментами, г; МК – расчетная масса никеля, г; МНК - масса носи- теля катализатора после эксперимента (МНК = ηМН, где η - экспериментально определенный коксовый остаток в потоке природ- ного газа от носителя катализатора (ТС), при Т=800°C η=0,23), г; МКО– масса каталитических образований углерода, г; V – ско- рость образования КО, г/ч; VУД – удельная скорость образования КО в г/г Ni·ч; W – удельный выход КО, г/ г Ni. 0 2 4 6 0 1 2 3 t,ч W , г /г N i 6 12 18 24 30 36 0 2 4 t, ч V, г /ч Рис. 5. Выход каталитического осадка г/г Ni Рис. 6. Скорость образования каталитического за время эксперимента осадка за время эксперимента Рассматривая графики на этих рисунках, видим, что скорость образования и выход КО имеют линей- ную зависимость от длительности эксперимента (при t ≤ 3 ч). Из приведенных данных также видно, что при 800°С процесс образования КО начинается практически сразу после выхода на режим, во вся- ком случае, инкубационный период не более 10 мин. 1.2. ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ РАБОТЫ КАТАЛИЗАТОРА Для проведения экспериментов взяли такие же графитовые катушки, как и в ранее проведенных экспериментах (катушки с №№ 10, 11, 12). Размеры бинтов из ткань-сорочки сократили до 530×80 мм. Порошок никеля наносился кисточкой равномерно на всю поверхность бинта, таким образом, что его содержание на каждой катушке составляло ~1 г. По- верхностная плотность катализатора на носителе со- ставляла 0,0024г/см2. Бинты с нанесенным на них порошком никеля наматывали на катушки и также обвязывали углеродной нитью «Урал-НШ». Масса 84 нанесенного на ткань-сорочку катализатора, как и в ранее проведенных экспериментах, определялась взвешиванием. Образцы загружались в сборку, как показано на рис. 7. Рис.7. Схема сборки 1 – трубчатый перфорированный нагреватель; 2 – кварцевая трубка; 3 – графитовая катушка; 4 – носитель катализатора; 5 – дистанцирующая трубка; 6 – основание; 7 – ХА термопара Эксперименты проводились в 6 этапов с дли- тельностью 5…10 ч каждый. После очередного эта- па образцы взвешивали, рассчитывали скорость, удельную скорость образования КО, удельный вы- ход КО. Суммарное время эксперимента для ка- тушек №10, 11, 12 составило 38, 33 и 33 ч соответ- ственно. Результаты исследований приведены в табл. 3 (обозначения те же, как и в табл. 2). Cкорость образования КО на катушках различна в зависимости от их расположения в нагревателе (cм. табл. 3). Верхняя катушка (№12) имела удельную ско- рость образования КО на 2 и 3-м этапах равную 0,761 и 0,287 г/гNi ч, в то время как нижняя катушка (№10) имела удельную скорость образования КО на этих этапах равную 0,069 и 0,099 г/гNi ч, соответ- ственно. Для того чтобы выявить причину этого явления, катушки поменяли местами, после чего соотноше- ние относительных скоростей образования КО сохранилось. В верхней катушке скорость образова- ния КО оставалась выше: 0,389, 0,105, 0,143 г/г Ni⋅ч против 0,03, 0,047 и 0,066 г/г Ni⋅ч соответственно. Визуально внутри нагревателя по поверхности ка- тушек снизу вверх наблюдались конвективные пото- ки в виде извивающихся полос тумана. По-видимо- му, более высокая скорость образования КО в верх- них катушках обусловлена именно такой конвекци- ей в результате перегрева газа-реагента в верхней части нагревателя и размещенных там катушек. Таблица 3 Результаты по кинетике образования каталитического осадка Номер катуш- ки МН,г МК, г t, ч МНК, г МКО, г V, г/ч VУД, г/гNi⋅ч W, г/гNi Этап № 1 10 3,08 1,11 5 0,708 2,152 0,43 0,388 1,938 Этап № 2 порядок катушек снизу вверх: 10-11-12 10 3,08 1,11 11 0,708 2,612 0,237 0,069 2,353 11 3,06 1,02 6 0,704 0,276 0,046 0,045 0,271 12 3,11 0,96 6 0,715 4,385 0,731 0,761 4,567 Этап № 3 порядок катушек снизу вверх: 10-11-12 10 3,08 1,11 16 0,708 3,162 0,198 0,099 2,848 11 3,06 1,02 11 0,704 2,756 0,251 0,486 2,702 12 3,11 0,96 11 0,715 5,765 0,524 0,287 6,005 Этап № 4 порядок катушек снизу вверх: 12-11-10 10 3,08 1,11 22 0,708 5,752 0,261 0,389 5,182 11 3,06 1,02 17 0,704 4,446 0,262 0,286 4,359 12 3,11 0,96 17 0,715 5,935 0,349 0,03 6,182 Этап № 5 порядок катушек снизу вверх: 12-11-10 10 3,08 1,11 32 0,708 6,922 0,216 0,105 6,236 11 3,06 1,02 27 0,704 6,416 0,238 0,193 6,29 12 3,11 0,96 27 0,715 6,385 0,236 0,047 6,651 Этап № 6 порядок катушек снизу вверх: 12-11-10 10 3,08 1,11 38 0,708 7,872 0,207 0,143 7,092 11 3,06 1,02 33 0,704 7,446 0,226 0,168 7,3 12 3,11 0,96 33 0,715 6,765 0,205 0,066 7,047 Следует отметить, что катушка №11 во всех экс- периментах находилась в середине сборки, и полу- ченные на ней результаты дают «среднестатистиче- ское» представление о скорости образования КО и кинетике процесса. 85 На рис. 8 изображен график выхода КО от дли- тельности процесса для этой «среднестатистиче- ской» катушки. катушка №11 0 2 4 6 8 0 10 20 30 40t,ч W ,г/ гN i Рис. 8. Выход КО г/г Ni за время эксперимента ЗАКЛЮЧЕНИЕ Предложен эффективный визуально наблюдае- мый метод получения каталитических осадков в виде аморфного углерода (сажи), цилиндрических и лентообразных нитей, нанотрубок и т. д. Экспериментально установлено, что при исполь- зовании в качестве катализатора частиц никеля при 800°С инкубационный период отсутствует или, во всяком случае, длится менее 10 мин; дезактивация катализатора не наблюдается, по крайней мере в течение 33 ч. Впервые предложен метод равномерного введе- ния катализатора в реакционный объем с использо- ванием вискозных волокон в виде ваты, нитей и тка- ни, что может многократно повысить скорость ката- литических реакций образования углерода и создать дешевые высокопроизводительные методы получе- ния каталитических осадков, в том числе фуллере- нов и нанотрубок. ЛИТЕРАТУРА 1.А.В. Елецкий. Углеродные нанотрубки //Успехи физических наук. 1997, т. 167, № 9, с. 945 – 971. 2.Э.Г. Раков. Химия и применение углеродных на- нотрубок //Успехи химии. 2001, т. 70, № 10, с. 934 – 973. 3.Э.Г. Раков. Методы получения углеродных нано- трубок //Успехи химии. 2000, т. 69, № 1, с. 41 – 59 4.В.Ф. Зеленский, В.А. Гурин, В.В. Колосенко, А.И. Бакуменко. Изучение каталитического газофазного осаждения углерода на металлах подгруппы железа //Отчет о научно-исследовательской работе УДК 138/30.12.87, Харьков, ХФТИ, 1987. 5.А.А. Богданов, Д. Дайннгер, Г.А. Дюжев. Пер- спективы развития промышленных методов произ- водства фуллеренов //Журнал технической физики. 2000, т. 70, в. 5, с. 1 – 7. 6.В.А. Гурин, В.Ф. Зеленский. Газофазные методы получения углеродных и углерод-углеродных мате- риалов //Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 1999, № 4 (76), с. 13 – 31. 7.В.А. Гурин, И.В. Гурин, С.Г. Фурсов. Исследова- ния газофазного уплотнения пироуглеродом пори- стых сред методом радиально движущейся зоны пи- ролиза //Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 1999, № 4 (76). с. 32 – 45. RESEARCH OF A PRECIPITATION PROCESS NANOMETRIC OF CARBONIC FORMATIONS FROM A GAS PHASE ON CATALYST - DUST OF A NICKEL V.А. Gurin, I.V. Gurin, D.А. Levin The main methods of carbon nanotubes - new perspective material obtaining is reviewed. The passibility of broad application of nan- otubes is estimated. The experiments on research of the nature of carbon nanotubes formation in the gas phase pyrolysis facilities of NSC KIPT are conducted. This facilities allow not only to control temperature in a working area of process, but also to observe the process of nanotubes formation. ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ОСАДЖЕННЯ НАНОМЕТРИЧНИХ ВУГЛЕЦЕВИХ УТВОРЕНЬ З ГАЗОВОЇ ФАЗИ НА КАТАЛІЗАТОРІ – ПОРОШКУ НІКЕЛЯ В.А. Гурін, І.В. Гурін, Д.О. Левін Розглянуто основні методи отримання вуглецевих нанотрубок – нового перспективного матеріалу. Оцінено можливість широкого застосування нанотрубок. Проведено експерименти з дослідження природи утворювання вуглецевих нанотрубок у газофазних установках піролізу ННЦ ХФТІ. Ці установки дозволяють не тільки контролювати температуру в робочій зоні процесу, але й візуально спостерігати процес утворення нанотрубок. 86 ВВЕДЕНИЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА

Исследование процесса осаждения нанометрических углеродных образований из газовой фазы на катализаторе - порошке никеля

Репозитарії

Схожі ресурси