微型流體床化學(xué)氣相沉積碳納米管研究.pdf

1、流化床化學(xué)氣相沉積(FB-CVD)技術(shù)制備CNTs具有反應(yīng)溫度較低、反應(yīng)過(guò)程易控和易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)等特點(diǎn)而被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)路線。目前國(guó)內(nèi)外研究者采用FB-CVD法研究CNTs生長(zhǎng)特性所使用的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與尺寸差異大，獲得的研究結(jié)果常有一定的差異。微型流化床(MFB)具有高效傳熱、傳質(zhì)，易于實(shí)現(xiàn)等溫反應(yīng)、氣-固均勻反應(yīng)以及流化狀態(tài)可控等特點(diǎn)，用作生物質(zhì)、燃煤等高溫?zé)峤夥磻?yīng)分析的反應(yīng)器備受關(guān)注。因此，利用MFB-CVD反應(yīng)器研究C

2、NTs生長(zhǎng)特性及最佳生長(zhǎng)條件可為FB-CVD技術(shù)規(guī)?；a(chǎn)CNTs提供重要的依據(jù)。
　　FB-CVD法合成CNTs最重要的三個(gè)條件是:催化劑、碳源以及適宜的溫度。本文將使用MFB-CVD反應(yīng)器，以Fe、Ni以及Fe-Ni分別為催化劑，MgO為載體，CH4與C2H2分別為碳源研究不同溫度條件下生長(zhǎng)CNTs的形貌、質(zhì)量、產(chǎn)率及化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，并進(jìn)一步研究了Fe-Ni催化分解C2H2沉積CNTs的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，研究表明:
　　(1)C

3、H4分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，作為碳源時(shí)，F(xiàn)e生長(zhǎng)CNTs的溫度需大于700℃，F(xiàn)e-Ni生長(zhǎng)CNTs無(wú)定形碳含量較多，僅Ni在溫度為500～550℃時(shí)，可制備管徑均勻、無(wú)定形碳少、質(zhì)量好的CNTs。不足的是Ni在500～550℃時(shí)催化分解CH4的轉(zhuǎn)化率較低;
　　(2)C2H2分子活性比CH4強(qiáng)，作為碳源時(shí)，F(xiàn)e生長(zhǎng)CNTs的產(chǎn)率較低，Ni生長(zhǎng)CNTs的產(chǎn)率相對(duì)Fe較高，但二者均不如Fe-Ni生長(zhǎng)CNTs的產(chǎn)率高和質(zhì)量好。550℃為充分激發(fā)

4、Fe-Ni催化劑活性的適宜溫度。Fe-Ni/MgO催化分解C2H2沉積CNTs為1級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)活化能為74.63kJ/mol;
　　(3)Fe、Ni與Fe-Ni催化劑的活性依次增強(qiáng)。Fe-CNTs、Ni-CNTs和FeNi-CNTs生長(zhǎng)分別遵循頂部生長(zhǎng)、底部生長(zhǎng)以及頂部-底部生長(zhǎng)機(jī)理，其中FeNi-CNTs中遵循FexC和NixC獨(dú)立方式生長(zhǎng)CNTs。Fe-Ni雙金屬作催化劑，C2H2為碳源，溫度為550℃的反應(yīng)條件有望實(shí)現(xiàn)FB-