收藏本站
《华东理工大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

纳米碳纤维生长速率及形态调控

卢文新  
【摘要】: 纳米碳纤维(CNFs)是一种具有广阔应用前景的新型碳材料。结构调控和连续化低成本制备是CNFs实现工业应用的技术关键。本文针对CO在Fe催化剂上歧化制备CNFs反应体系,研究了合成工艺条件及催化剂颗粒性质对CNFs生长过程速率的影响,采用TEM、SEM、XRD和N2物理吸附等方法对合成的CNFs进行了较为系统的结构表征,探索CNFs生长动力学特征与其形貌之间的关系,并通过合成过程中催化剂颗粒性质的变化讨论了这种关系的根源。最后对适用于CNFs连续合成的回转窑反应器进行了冷模实验研究和概念设计。本文主要研究结果简述如下: (1) H2在Fe催化CO歧化反应制备CNFs过程中具有非常重要的作用。TPD-MS表征以及理论分析结果表明反应气体中加入H2会改变CO在Fe催化剂表面的反应历程,从而促进CO在Fe催化剂上的歧化反应。另外,增加反应气体中的H2浓度,将使CNFs的最大生长速率先升高后下降,可以缩短CNFs生长的诱导期和催化剂的使用寿命,并对CNFs的形貌结构、织构性质和石墨化程度产生显著影响。 (2)催化剂还原条件一定时,制备的CNFs形貌结构与其最大生长速率存在密切对应关系。随着CNFs最大生长速率的不断增加,CNFs的形貌结构先是从螺旋状到弹簧状,然后再到较直的CNFs,最后到无定形炭。通过改变反应气体中CO浓度、反应温度等操作条件可以控制CNFs生长速率,进而控制CNFs的形貌结构。 (3) CNFs生长过程中,Fe催化剂颗粒首先破碎形成小的颗粒并形成碳化铁,并在不同的生长条件下形成不同的形貌。这一系列变化决定了生长过程诱导期的长短、最大速率的大小和失活速率的快慢,并同时决定了合成所得CNFs的形貌。 (4)经过不同还原条件处理后,催化剂颗粒具有不同粒径和相态。即使在最大生长速率相同条件下,CNFs的形貌结构仍具有很大差别,这同样说明催化剂的颗粒性质是CNFs形貌结构决定性因素。适宜的还原条件对可控结构CNFs的合成具有重要作用。 (5)通过BOC理论和过渡态理论计算,研究了Fe催化CO歧化制备CNFs的反应历程。利用微观反应动力学方法,建立了CO在Fe催化剂上歧化反应制备CNFs的动力学模型。建立的动力学模型可以预测不同反应条件下的CNFs的生长速率,并以此为基础控制和预测CNFs的形貌结构。模型计算结果表明,在Fe催化CO歧化制CNFs的过程中,CH4和H20生成的能垒较大,说明其难以生成,这与反应尾气中没有检测到CH4和H20的结果一致。 (6)不同回转窑转速下,催化剂平均停留时间都随倾斜高度线性递减,并且转速较快时递减速率较快,而转速较低时递减速率较慢;不同回转窑倾斜高度时,催化剂平均停留时间与转速成反比关系,且当回转窑转速达到9 r/min以上后,转速对催化剂平均停留时间的影响可以忽略。催化剂停留时间分布的分散程度随回转窑反应器转速和倾斜高度的增加而减小。CNFs物料的动态休止角和流型基本不受回转窑转速和倾斜高度的影响,仅与CNFs物料在回转窑反应器内填充率的有关。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ342.742

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 段学志;氨分解催化剂结构调控与反应机理研究[D];华东理工大学;2012年
2 卢雪峰;原位生长纳米纤维改性C/C复合材料的微观结构及性能研究[D];中南大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 陈红燕,王继辉;纳米碳纤维及其在聚合物中的应用[J];玻璃钢/复合材料;2005年03期
2 陈荣生,肖华,黄卫华,童华,王宗礼,程介克;单壁碳纳米管修饰的高灵敏纳米碳纤维电极[J];高等学校化学学报;2003年05期
3 赵稼祥;纳米碳纤维及其应用[J];纤维复合材料;2003年04期
4 毕辉;寇开昌;吴海维;赵清新;王志超;张教强;;螺旋形炭纤维的制备方法及其生长机制[J];人工晶体学报;2008年06期
5 于作龙;碳纳米管的批量制备和应用[J];中国高校科技与产业化;2003年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梅启林;袁露;王继辉;黄志雄;;酸化处理对纳米碳纤维及其复合材料性能的影响[J];玻璃钢/复合材料;2009年01期
2 艾娇艳;何元锦;肖舜通;;碳纤维/聚碳酸酯复合材料研究[J];玻璃钢/复合材料;2010年02期
3 沈善燮,邹宁宇,戴春勇,顾云龙;纳米级玻璃纤维研制的探讨[J];玻璃纤维;2005年02期
4 高丽新,李红霞,程陆凡,高妍,李洪锡;无钯催化铜包覆纳米炭纤维新方法的研究[J];材料保护;2005年09期
5 田建团;张炜;郭亚林;周玉玺;;纳米材料改进酚醛树脂烧蚀性能的研究进展[J];材料导报;2006年S2期
6 张世杰;张炜;郭亚林;白侠;;纳米材料在树脂基烧蚀材料中的应用[J];材料导报;2007年S3期
7 吴康兵,姚绍军,胡胜水;碳纳米管膜电极的制备及其分析应用[J];分析科学学报;2004年05期
8 杨百勤;李靖;杜宝中;;碳纳米管修饰电极的现状[J];分析仪器;2008年05期
9 丁新波 ,晏雄;碳纤维的生产及应用现状[J];纺织导报;2004年06期
10 朱玉奴,彭图治,李建平;碳纳米管负载纳米铂修饰电极及电催化氧化H_2O_2的研究[J];高等学校化学学报;2004年09期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 乐正想;梅启林;黄志雄;;纳米碳纤维性能与应用[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
2 陈红燕;王继辉;;纳米碳纤维生长形貌观察及电性能应用[A];第十六届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭卫锋;正电子湮没技术对碳纳米管的研究[D];中国科学技术大学;2011年
2 钟博;以氨硼烷为先驱体制备BN微纳米材料及其机理研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 曹尧杰;纳米碳纤维规整结构催化剂的制备及其流体力学性能研究[D];华东理工大学;2011年
4 王胜天;杂多酸在阳极氧化铝膜/玻碳电极上电化学性质及应用研究[D];吉林大学;2004年
5 吴康兵;碳纳米管化学修饰电极的制备、表征及分析应用研究[D];武汉大学;2004年
6 费俊杰;Os~(2+)/Os~(3+)氧化还原聚合物薄膜电极及其生物传感研究[D];武汉大学;2004年
7 唐天地;碳纳米纤维负载Pd-Pt催化剂用于萘加氢反应[D];天津大学;2005年
8 张凌燕;基于纳米材料为基质固定生物分子的免疫传感器研究[D];西南大学;2006年
9 黄祥平;过渡金属纳米氧化物及其复合材料的可控制备、生长机理与性能研究[D];武汉大学;2007年
10 杨坤;基于一维纳米结构的电化学传感器研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘丽娜;萘硝化还原制备二氨基萘工艺过程的研究[D];湘潭大学;2010年
2 张娜;基于碳纳米管聚合物复合材料电化学生物传感器的制备[D];安徽师范大学;2010年
3 朱微末;多功能纳米结构材料的合成与应用研究[D];华东理工大学;2011年
4 吴玄;自组装双酚A分子印迹电化学传感器研究[D];大连理工大学;2011年
5 张小青;Fe_3O_4/MWCNTs/PVDF复合材料的制备及其介电性能研究[D];哈尔滨师范大学;2011年
6 姜悦;纳米碳纤维的微结构及表面性质与其氧还原催化活性的内在规律研究[D];华东理工大学;2012年
7 许淑霞;碳纳米管修饰第三代电化学生物传感器的研究[D];陕西师范大学;2004年
8 陈红燕;气相生长纳米碳纤维的制备及纳米碳纤维增强环树脂性能的研究[D];武汉理工大学;2005年
9 姜灵彦;壳聚糖—碳纳米管修饰玻碳电极的研究及应用[D];华中师范大学;2005年
10 魏淑红;几种生物小分子在碳纳米管修饰金电极上的电化学行为及测定[D];武汉大学;2005年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冀克俭,邓卫华,陈刚,邵鸿飞,张以河,刘元俊,毛如增,汪信,陆路德,杨绪杰;臭氧处理对碳纤维表面及其复合材料性能的影响[J];工程塑料应用;2003年05期
2 罗瑞盈;碳/碳复合材料制备工艺及研究现状[J];兵器材料科学与工程;1998年01期
3 张复盛,吴瑜,庄严;双丙酮丙烯酰胺在碳纤维表面的电聚合研究[J];北京航空航天大学学报;1998年02期
4 陈红燕,王继辉;纳米碳纤维及其在聚合物中的应用[J];玻璃钢/复合材料;2005年03期
5 姜宏;蔡晓玲;;氨分解在浮法玻璃生产线上的实际应用[J];玻璃与搪瓷;2008年06期
6 贺建忠;氨分解制氢工艺对浮法玻璃生产的影响浅析[J];玻璃;2001年03期
7 张新波;许莉勇;袁俊峰;张雅娟;卢春山;李小年;;共沉淀法制备氧化铝负载Co-Mo双金属氮化物催化剂[J];催化学报;2009年07期
8 高燕,宋怀河,陈晓红;C/C复合材料的研究进展[J];材料导报;2002年07期
9 张爱霞;蔡克峰;;一维碳化硅纳米材料的研究进展[J];材料导报;2006年S1期
10 王富强;郝志彪;闫联生;;碳化硅纳米晶须的制备研究[J];材料导报;2008年S2期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 廖寄乔;热解炭微观结构对C/C复合材料性能影响的研究[D];中南大学;2003年
2 汤中华;用定向流动热梯度CVI工艺制备航空刹车用C/C复合材料的研究[D];中南大学;2003年
3 陈腾飞;炭纤维坯体结构及增密方式对炭/炭复合材料界面及性能的影响研究[D];中南大学;2003年
4 熊翔;炭/炭复合材料制动性能研究[D];中南大学;2004年
5 张建;氨分解制氢与钯膜分离氢的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2006年
6 周伟民;一维碳化硅纳米材料的制备与性能的基础研究[D];上海交通大学;2007年
7 李剑锋;微纤结构化整体式多孔材料的流动、传热及其微反应技术应用的研究[D];华东师范大学;2008年
8 赵龙;纳米碳纤维负载Ru催化氢解山梨醇制备低碳二元醇[D];华东理工大学;2010年
9 刘海洋;PAN基碳纳米纤维杂化复合材料及其生物特性研究[D];北京化工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 王蕾;快速CVI法制备平板C/C复合材料[D];中南大学;2009年
2 林晶;热蒸发方法碳化硅纳米晶须阵列的合成与表征[D];浙江大学;2007年
3 王红;新型微纤结构化Ni基复合催化剂的氨分解制氢[D];华东师范大学;2007年
4 许林;炭纤维表面处理及结构与性能的研究[D];中南大学;2008年
5 刘磊;炭纤维表面原位生长碳纳米纤维、螺旋碳纤维及其机理研究[D];湖南科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 夏正才,唐超群,曹霞;碳纳米管[J];材料导报;2000年02期
2 龙威,顾嫒娟;碳纳米管的力学性能及聚合物/碳纳米管复合材料[J];材料导报;2002年12期
3 罗红霞,施祖进,李南强,顾镇南,庄乾坤;羧基化单层碳纳米管修饰电极的电化学表征及其电催化作用[J];高等学校化学学报;2000年09期
4 黄卫华,庞代文,王宗礼,程介克;一种新型低噪音碳纤维纳米电极[J];高等学校化学学报;2001年09期
5 孙延一,吴康兵,胡胜水;多壁碳纳米管-Nafion化学修饰电极在高浓度抗坏血酸和尿酸体系中选择性测定多巴胺[J];高等学校化学学报;2002年11期
6 赵稼祥;2002年世界碳纤维前景[J];高科技纤维与应用;2002年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪汉卿;陈英武;;电子自旋共振法在催化剂研究中的若干应用[J];当代化工;1973年06期
2 杨先春;;激光喇曼光谱原位法研究硫化态催化剂 Ⅱ.硫化态W/γ-A1_2O_3催化剂的活性组分的化学形态及其表面光谱特性[J];石油学报;1987年04期
3 高崇;罗忠禹;王树清;魏奇业;;提高国产中变催化剂内表面利用率的途径[J];吉林化工学院学报;1991年02期
4 龙晓达;催化剂的异地预硫化处理[J];石油与天然气化工;1992年03期
5 徐浩东;宁平;王学谦;;催化氧化净化黄磷尾气中PH_3[J];云南化工;2007年01期
6 赵永才;郑重;;VOCs催化燃烧技术及其应用[J];现代涂料与涂装;2007年11期
7 王润平;毛树红;池永庆;段秀琴;刘军;;费托合成铁基催化剂助剂的研究概述[J];天津化工;2008年01期
8 朱想明;向建敏;;甲醇裂解催化剂失活与再生[J];大众科技;2008年06期
9 王红妍;易红宏;唐晓龙;于丽丽;;羰基硫脱除技术研究现状及进展[J];化学工业与工程;2010年01期
10 黄赛棠;X光电子能谱(XPS)的某些应用[J];化学世界;1982年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 许韵华;晋丽叶;陈敏;王永生;朱红;;质子交换膜燃料电池抗CO催化剂PtRu/C的研究[A];可持续发展的中国交通——2005全国博士生学术论坛(交通运输工程学科)论文集(下册)[C];2005年
2 盖帅;徐永强;刘晨光;;硅胶键合有机磺酸催化剂的制备与表征[A];中国石油学会第六届石油炼制学术年会论文集[C];2010年
3 陈红;徐永业;周启惠;陈维;陈国平;;重整催化剂工业应用中杂质铁等元素跟踪[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
4 蒋树斌;;污染物治理技术进展[A];中国工程物理研究院科技年报(2010年版)[C];2011年
5 庞新梅;钱锦华;高雄厚;;渣油催化裂化催化剂技术最新进展[A];甘肃省化学会成立六十周年学术报告会暨二十三届年会论文集[C];2003年
6 李林;王晓东;王爱琴;张万生;张涛;;Mo_2C催化剂的吸附量热研究[A];中国化学会第十三届全国化学热力学和热分析学术会议论文摘要集[C];2006年
7 靳凤英;王祥生;袁景利;龙化云;杨晓宇;陈立东;郭新闻;;有机酸改性的CoMo/HZSM-5催化剂的加氢脱硫活性[A];第十五届全国分子筛学术大会论文集[C];2009年
8 安立敦;;负载型纳米金催化剂投入工业生产[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
9 周晓奇;;加氢脱硫催化剂及其新进展[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年
10 杨勇;杜阳;王和义;;无机载体疏水催化剂研制[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 赵亚辉;李灿:“催化”人生[N];人民日报;2004年
2 记者应庆;李灿院士获今年何梁何利进步奖[N];中国医药报;2005年
3 苛卫;二氧化碳变塑料[N];中国石油报;2003年
4 本报记者 张佳星;表面化学:我们身边的科学[N];科技日报;2007年
5 记者 吴苡婷;书写“水变氢”的传奇[N];上海科技报;2011年
6 潘治;他的研究“深入浅出”,至少能帮人理解“铁为什么会生锈”[N];新华每日电讯;2007年
7 ;科学家变废为宝二氧化碳制成塑料[N];中国高新技术产业导报;2001年
8 刘文;勇攀科学高峰的人[N];中国矿业报;2005年
9 本报记者 张震;国Ⅱ车喝欧Ⅲ油得不偿失?[N];中国消费者报;2005年
10 王长福;甲基叔丁基醚技术得优化[N];中国化工报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卢文新;纳米碳纤维生长速率及形态调控[D];华东理工大学;2010年
2 姜烨;钛基SCR催化剂及其钾、铅中毒机理研究[D];浙江大学;2010年
3 鲁丰乐;费托合成催化剂反应动力学研究与反应器数学模拟[D];华东理工大学;2010年
4 褚睿智;微波辐射下耐硫型Pd催化剂的可控制备及在一步法合成二甲醚中的应用[D];中国矿业大学;2010年
5 黄辉;脂肪酸甲酯加氢制脂肪醇Cu/Zn催化剂的失活机理研究[D];华东理工大学;2011年
6 王文举;Ni催化剂催化乙醇重整制氢的研究[D];天津大学;2009年
7 陈鸿庆;乙醇重整制氢Ir-La催化剂设计及微反性能优化[D];华南理工大学;2010年
8 张安杰;Ni基催化剂上甲烷二氧化碳重整制合成气的研究[D];大连理工大学;2011年
9 丁保宏;新型载体SiO_2-TiO_2-ZrO_2载负MoP催化剂的制备、表征及加氢精制性能[D];华东师范大学;2011年
10 滕阳;硫化后还原法制备磷化物催化剂及其加氢脱硫反应性能[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨晓楠;超重力共沉淀法制备铜基甲醇合成催化剂及其性能表征[D];北京化工大学;2010年
2 李正启;橡胶防老剂4020合成工艺的研究[D];华东理工大学;2012年
3 杨燕萍;Ni/TiO_2-SiO_2催化剂的制备、表征及顺酐加氢性能研究[D];山西大学;2011年
4 彭神风;烟气脱硝SCR催化剂的性能研究[D];华东理工大学;2012年
5 刘树森;甲醇液相氧化羰基化Cu-Si-Ti基催化剂的研究[D];太原理工大学;2010年
6 庄永涛;柴油车尾气净化蜂窝状Fe-Mo/ZSM-5催化剂的试验研究[D];太原理工大学;2010年
7 刘艳霞;纳米金催化剂室温氧化CO及其再生研究[D];大连理工大学;2011年
8 王光伟;改性蒙脱土负载Co催化剂的费—托合成反应行为[D];陕西师范大学;2011年
9 王莉萍;焦炉煤气钌甲烷化催化剂的制备及研究[D];太原理工大学;2010年
10 张晓伟;化学镀制备Co基催化剂及其催化硼氢化钠水解制氢的研究[D];南开大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026