عنوان پایان‌نامه
مدل سازی رشد نانو لوله های کربنی به روش کاتالیست شناور
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 987.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 47428
- تاریخ دفاع
- ۲۶ دی ۱۳۸۹
- دانشجو
- لیلا سمندری ماسوله
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, نوید مستوفی
- چکیده
- در پابان نامه حاضر، با استفاده از داده های آزمایشگاهی مربوط به تولید نانولوله های کربنی در یک راکتور لوله ای کوارتز، در ابتدا به مدلسازی سینتیکی واکنش سطحی زایلن بر روی نانو ذرات کاتالیستی آهن و تشکیل نانولوله های کربنی و کربن آمورف پرداخته شده است. مراحل در نظر گرفته شده در مکانیسم رشد نانو لوله¬های کربنی، شامل جذب منبع کربن به سطح کاتالیست و آزاد کردن هیدروژن است. به دنبال جذب و واکنشی سطحی، نفوذ کربن در میان ذرات و آماده¬سازی برای تولید نانو لوله¬های کربنی فراهم می¬شود و رشد نانو لوله¬ها عمدتاً وابسته به جذب منبع کربن و واکنش¬های سطحی منبع کربن است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که مدل سینتیکی ارائه شده با دقت 773/0 توانایی نسبتاً خوبی برای پیش بینی داده های آزمایشگاهی دارد. در ادامه با استفاده از مدل سینتیکی بدست آمده ، تاثیر پارامترهای عملیاتی بر نسبت کربن آمورف به نانولوله های کربنی مورد بررسی قرار گرفت. در انتها ارتفاع نانولوله های کربنی تولید شده و تاثیر عوامل مختلف در بهبود رشد نانولوله های کربنی مدلسازی شده است که دارای تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی است. نتایج مدلسازی نشان داد که ، در یک محدوده ی دمایی مشخص، سرعت رشد نانولوله های کربنی و در پی آن ارتفاع نانولوله ها ، افزایش می یابد. و از سوی دیگر ، تغییر دبی و غلظت خوراک ورودی ، موجب تغییر در ارتفاع نانولوله ها می گردد.
- Abstract
- A kinetic modeling of longitudinal and depth profiles of multiwall carbon nanotubes synthesis using xylene and ferrocene in a floating catalyst (FC) reactor is hereby reported. Both amorphous and arrays of carbon nanotubes (CNTs) are formed, whose ratio sharply increases along a growth window and from the bottom to top of the arrays. A model is presented for the rate of CNTs synthesis as well as the rate of amorphous carbon formation which undesirably forms on the nanotube walls and reduces nanotubes quality and synthesis efficiency. Based on the amounts of amorphous carbons and CNTs formed in the reactor, kinetic parameters of formation of these species from xylene were estimated. It is shown that, as the temperature increases, the weight ratio of amorphous carbon to CNTs shows minimum at 970 K. The ratio increases with decreasing the amount of iron (Fe) deposited. Increasing pressure and carrier gas is found to have marginal effects on producing CNTs with lower amounts of amorphous carbon. Higher surface density of CNTs (number of CNTs per surface area) and their diameter, result in a significantly higher amount of amorphous carbon deposition. Moreover, another model for prediction of the height of CNTs was reported. Based on this model, the mechanism of CNTs growth was studied at various operating conditions such as, temperature, catalyst concentration in the feedstock and xylene concentration. It is shown that the best temperature window for vertically aligned CNTs growth is around 825-875 ? C. Increase in rate of xylene and ferrocene could have increased the formation of carbon atoms and catalyst particles that led to the increase in the production rate of CNTs and average height of CNTs. It is found that although xylene is the main source to the growth of CNTs, the contribution from the gas-phase products, such as C2 products and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) at high temperature could not be ignored and impress our model lead to produce of amorphous carbon. During the FC process, catalyst deactivation was observed probably due to amorphous carbon formation. Its effect on our model was empirically correlated with a simple exponential equation.
