Синтез углеродных нанотруб CVD методом с использованием полиоксомолибдатов в качестве предшественников катализатора

Курсовой проект - Химия

Другие курсовые по предмету Химия

Скачать Бесплатно!
Для того чтобы скачать эту работу.
1. Пожалуйста введите слова с картинки:

2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



рительаСинтез-газTг, CДиаметрд УНТ, нмДлинад УНТ, мкмВыходе, %1/EtOHC2H4/H2б7501.20.20.3-730-501/EtOHCH4/H2в8001.30.20.3-615-251/EtOHCH4/H2в9001.40.36-81-22/H2OC2H4/H2б7501.30.20.5-930-502/H2OCH4/H2в8001.30.20.3-615-252/H2OCH4/H2в9001.40.36-81-2

Примечания к таблице 2: а 10-4 М, б соотношение газов 1:4, в соотношение газов 1:1, г синтез УНТ на всех образцах в атмосфере аргона. Продолжительность синтеза 15 минут, д измерения методом АСМ, е количество УНТ, выросших на катализаторе площадью 1 мкм2.

 

 

5. CCVD синтез и исследование структуры углеродных нанотруб

синтез углеродный нанотрубка катализатор нанокластер

Идея условий и последовательности синтеза УНТ была взята из статьи [9], приведенной в предыдущем разделе. Сотрудница лаборатории физикохимии наноматериалов Шляхова Е.В. применила и модифицировала данную методику для синтеза УНТ на кеплерате [Fe30Mo72] следующего состава [Н4Мо72Fе30O254(СН3СОО)10{Мо2O7(Н2O)}{Н2Мо2O8 (Н2O)}3(Н2O)87] ∙ 80H2O, при этом в качестве носителя использовался MgO, преимуществом которого является легкость его удаления кислотой после проведения синтеза. Схему методики можно представить в следующем виде:

1.Проверка вакуума. Откачка воздуха до ~6 мбар.

.Прокаливание образца полиоксомолибдата при 700С, продолжительность составляет 10 минут.

.Охлаждение образца до комнатной температуры. Контроль массы.

.Откачка воздуха из реактора до ~6 мбар. Заполнение реактора водородом до 1 атм. Введение образца в зону нагрева печи. Параллельно включается нагрев печи до 900С.

.Образец продувается водородом в течение 10 минут. Скорость подачи газа составляет 150 мл/мин.

.В реактор пускается этилен. Скорость подачи газа составляет 50 мл/мин, при этом скорость подачи водорода уменьшается до 50 мл/мин. Время синтеза 30 минут.

.По окончании синтеза отключается подача этилена, скорость подачи водорода увеличивается да 150 мл/мин. Реактор продувается водородом в течение 15 минут для удаления углерода.

 

 

6. Функциональная схема CCVD-установки

 

Для синтеза УНТ использован реактор, схема которого изображена на рисунке 2. Корпус реактора представляет собой трубу из нержавеющей стали, внутрь которого вставляется съемная кварцевая труба (длина - 1 м). К одному из концов корпуса реактора присоединяется блок подачи, имеющий четыре выхода через которые осуществляется ввод различных веществ (инертный газ, источник углерода, водород), а также датчик давления в реакторе. Через блок подачи присоединен подвижный манипулятор, позволяющий вводить предшествующее катализатору вещество в любой момент времени процесса. Откачивание объема реактора проводится или через блок подачи.

 

Рисунок 2 Схема CCVD установки

 

Вакуумная система необходима для быстрого удаления воздуха из объема реактора и проверки герметичности CCVD-реактора, а также проведения синтеза при пониженном давлении.

Трубчатая печь обеспечивает температуру в центральной зоне реактора в диапазоне от 500С до 1000С. Управление потоками газов осуществляется с помощью регуляторов расхода газа в диапазоне от 10 до 1500 мл/мин.

Углеродсодержащие соединения могут подаваться непосредственно из баллона.

Выход реактора соединен либо с жидкостным затвором, либо с форвакуумным насосом, если работа проводится при пониженном давлении. Газообразные продукты, образующиеся в CCVD-реакторе в результате синтеза УНТ, поступают в систему вытяжной вентиляции.

В настоящей работе была повторена методика синтеза УНТ на кеплерате [Fe30Mo72]. Хотелось повысить дисперсность носителя - MgO, для того чтобы уменьшить процесс агломерации частиц во время синтеза. Имеющийся в лаборатории оксид магния был использован для этого синтеза. MgO был синтезирован двумя разными путями:

.Растворение оксида магния в азотной кислоте, с последующим осаждением гидроксида магния аммиаком.

+ 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O(NO3)2 + 2NH4OH → Mg(OH)2 + 2NH4NO3(OH)2 → MgO + H2O

 

.Растворение оксида магния в щавелевой кислоте, с последующим осаждением гидроксида магния аммиаком

+ H2C2O4 → MgC2O4 + H2O2O4 + 2NH4OH → Mg(OH)2 + (NH4)2C2O4(OH)2 → MgO + H2O

 

Азотная и щавелевая кислоты были выбраны исходя из соображения легкости удаления побочных продуктов: нитрата аммония и оксалата аммония. Результаты площади поверхностей представлены в таблице 3.

 

Таблица 3. Площадь поверхности MgO

Способ получения MgOПлощадь поверхности (м2/г)Осаждение из нитрата54Осаждение из оксалата32MgO - исходный образец 22

Был выбран оксид магния с лучшей площадью поверхности, полученный осаждением из соли нитрата. Полученный оксид растворили в воде. Кеплерат [Fe30Mo72] также растворили в воде, pH раствора довели до щелочного добавлением аммиака. Раствор с кеплератом перемешивали в течение 3 суток, нерастворившееся вещество отфильтровали. Фильтрат с растворенным кеплератом добавили к суспензии оксида магния. Полученную суспензию отфильтровали и высушили. На полученном катализаторе провели синтез УНТ по методике описанной выше. Выход УНТ составил 365%. Выход был рассчитан по следующей формуле:

 

 

Полученные трубки охарактеризованы методом СЕМ (рисунок 3) и методом комбинационного рассеивания света (рисунок 4).

 

Рисунок 3. СЕМ изображение УНТ.

Рисунок 4. Спектр комбинационного рассеивания света.

 

Полиоксомолибдаты никеля и кобальта, нанесенные на оксид магния, были использованы в качестве предшественников катализатора для синтеза УНТ. Параметры синтеза были взяты из методики, описанной для кеплерата. Было проведено по 3 синтеза для

s