預(yù)混火焰合成碳納米管的實驗研究及燃燒過程數(shù)值模擬.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、碳納米管(CNTs)具有獨特的分子結(jié)構(gòu),力學(xué)性能,電磁性能,熱學(xué)性能和儲氫性能優(yōu)異,在各個領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。目前,合成碳納米管的方法有:石墨電弧法、激光蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法等,然而,這些方法的合成,設(shè)備復(fù)雜,工藝標(biāo)準(zhǔn)要求高,使得合成的碳納米管質(zhì)量、產(chǎn)量、純度等都比較低,無法大規(guī)模滿足工業(yè)應(yīng)用和實際需要?;鹧娣ɡ锰佳趸衔锶紵环矫嫣峁┳銐虻臒嵩?,另一方面提供碳源,并通過催化劑的作用生成出碳納米管,采用火焰法合成碳納米管投入成本低

2、、裝置簡單、合成條件簡便、反應(yīng)快速,有望實現(xiàn)碳納米管的大規(guī)模生產(chǎn)。所以,開展火焰合成碳納米管的研究具有重要的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用價值。
  在介紹和分析國內(nèi)外相關(guān)研究動態(tài)的基礎(chǔ)上,采用乙炔300sccm、甲烷30sccm、氮氣1570sccm、空氣1100sccm進(jìn)行預(yù)混燃燒合成碳納米管的實驗研究。論文首先利用反應(yīng)動力學(xué)仿真分析軟件CHEMKIN對混合氣體乙炔/甲烷/氮氣/空氣預(yù)混燃燒過程進(jìn)行數(shù)值計算,模擬了燃燒過程中沿火焰中心軸方向上

3、的溫度分布,與實驗測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,驗證了模擬對象的合理性;通過綜合分析主要反應(yīng)物、中間組分、生成物的摩爾濃度變化情況,判定得到了能夠合成出碳納米管的火焰區(qū)域為15~20mm,并通過實驗驗證,將涂覆0.1 mol/L、1.0mol/L硝酸鎳的銅基板插入火焰高度16mm處,取樣時間5分鐘,成功合成了品質(zhì)較好的碳納米管,證明了數(shù)值模擬預(yù)判合成碳納米管區(qū)域的準(zhǔn)確性,提高了實驗效率和成功率,對實驗研究起到了很好的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。
  實驗

4、中,研究了乙炔和甲烷作為燃料對合成碳納米管的影響,分析了涂覆不同濃度的硝酸鎳、硝酸鐵作為催化劑以及不同基板對合成碳納米管的影響。研究表明,添加甲烷有助于降低乙炔的消耗速率,提高催化劑的催化活性,同時也抑制了碳黑的形成,為碳納米管生長提供了適宜的環(huán)境;涂覆0.01mol/L、0.1 mol/L、1.0mol/L硝酸鐵作為催化劑只能合成出碳納米纖維等物質(zhì)而沒有發(fā)現(xiàn)碳納米管的生成;硝酸鎳濃度為0.1 mol/L和1.0mol/L時能合成形態(tài)和

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