熱解火焰法催化裂解甲烷合成碳納米管的實驗研究

【摘要】：碳納米管是一種一維納米材料。自1991年,日本學者Iijima首次發(fā)現碳納米管以來,碳納米管合成技術一直是國內外學者研究的熱門領域。碳納米管作為一種性能優(yōu)良的材料,具有廣闊的應用前景。本文以甲烷為碳源,Fe/Mo/Al2O3為催化劑,采用熱解火焰法,通過改變實驗條件,探索以及優(yōu)化碳納米管的制備方法,并對產物進行了表征。通過不同的氧炔焰溫度、取樣高度、取樣時間、氣體流量比例、催化劑焙燒溫度對碳納米管的制備進行了實驗研究。在確定了較好的實驗條件之后,在碳納米管定向生長方面進行了探索。最后對比了一氧化碳和甲烷兩種不同碳源的合成產物。實驗結果表明,(1)隨氧炔焰溫度升高,碳納米管產量增加且管徑明顯變細。氧炔焰溫度為1100-C時,最適宜碳納米管的生長。當氧炔焰溫度為1100-C時,取樣高度為80mm時產量相對于取樣高度60mm時更大。但取樣高度為60mmm時合成的碳納米管更加筆直。(2)取樣時間為1min時,碳納米管產物很少,隨取樣時間延長碳納米管產量增加,9min的取樣時間產物最多。(3)He流量變化會對碳納米管形態(tài)產生影響,CH4、H2流量變化對碳納米管形態(tài)影響不大；He、H2、CH4流量變化會影響碳納米管的產量,當He、H2、CH4流量比2：3：6時,碳納米管產量最高且產物主要是單壁、雙壁、三壁碳納米管。(4) He、H2、CH4流量比為2：3：4時,催化劑焙燒溫度為550℃與700℃時,碳納米管產量較低；催化劑焙燒溫度為800-C、900℃、1000℃時,碳納米管產量較高,且催化劑焙燒溫度為900℃時產量最高；拉曼光譜顯示催化劑焙燒溫度為800℃、900℃、1000℃時,碳納米管質量較好且均合成了單壁碳納米管；催化劑焙燒溫度為800℃時,合成產物主要為雙壁碳納米管；催化劑焙燒溫度為900℃時,合成產物主要為單壁碳納米管與雙壁碳納米管；催化劑焙燒溫度為1000℃時,合成產物主要為單壁、雙壁碳納米管以及三壁碳納米管。(5)在碳納米管生長過程中施加電場的影響,碳納米管生長表現出一定的定向性。(6)一氧化碳和甲烷分別作碳源時,合成產物種類、形態(tài)不同。 【關鍵詞】：碳納米管 熱解火焰 合成 甲烷
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題背景10
• 1.2 碳納米管簡介10-13
• 1.2.1 碳納米管的結構10-11
• 1.2.2 碳納米管的性質和應用前景11-13
• 1.3 碳納米管的制備方法及火焰法研究現狀13-17
• 1.4 本文的研究內容17
• 1.5 本章小結17-19
• 第2章 實驗系統與實驗方法19-23
• 2.1 實驗系統19-20
• 2.1.1 燃燒器本體19-20
• 2.1.2 氣體流量控制系統20
• 2.1.3 取樣探針20
• 2.1.4 熱電偶測溫系統20
• 2.2 實驗原料20-21
• 2.2.1 氣體原料20-21
• 2.2.2 催化劑原料21
• 2.3 催化劑制備21
• 2.4 碳納米管合成實驗21-22
• 2.5 本章小結22-23
• 第3章 碳納米管表征技術23-27
• 3.1 冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡表征23-24
• 3.2 高分辨透射電子顯微鏡表征24-25
• 3.3 拉曼光譜表征25-26
• 3.4 本章小結26-27
• 第4章 實驗結果與分析27-48
• 4.1 氧炔焰溫度的影響27-29
• 4.2 取樣高度的影響29-31
• 4.3 取樣時間的影響31-32
• 4.4 氣體流量的影響32-37
• 4.5 催化劑焙燒溫度的影響37-42
• 4.6 施加電場的影響42-44
• 4.7 甲烷與一氧化碳合成產物的簡單對比44-46
• 4.8 本章小結46-48
• 第5章 結論與展望48-50
• 參考文獻50-54
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果54-55
• 攻讀碩士迄今參加的科研工作55-56
• 致謝56

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