Synthesis of multi-walled carbon nanotubes by fluidized-bed chemical vapor deposition over Co/Al2O3

Abstract

ท่อนาโนคาร์บอนชนิดผนังหลายชั้นถูกสังเคราะห์โดยการตกสะสมไอเชิงเคมีเชิงเร่งของเอทิลีนบนโคบอลต์บนตัวรองรับอะลูมินาในฟลูอิไดซ์เบด ผลของอุณหภูมิและสัดส่วนโมลเอทิลีนในการก่อโครงร่างและคุณภาพของท่อนาโนคาร์บอนได้ถูกศึกษา ผลการวิเคราะห์เชิงปริมาณบ่งชี้ว่าอุณหภูมิในการทำปฏิกิริยามีความสำคัญมากต่อร้อยละการเปลี่ยนของคาร์บอนของแข็งและการเลือกเกิดของท่อนาโนคาร์บอนชนิดผนังหลายชั้น โดยคาร์บอน อสัณฐานและเส้นใยนาโนคาร์บอนเกิดเป็นผลิตภัณฑ์หลัก ณ อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา 550 องศาเซลเซียส สัดส่วนโมลเอทิลีนมีอิทธิพลต่อการผลิตท่อนาโนคาร์บอนชนิดผนังหลายชั้นเช่นกัน ณ ภาวะสัดส่วนโมลเอทิลีน 0.63 พบการปรากฏของคาร์บอนอสัณฐานเป็นผลิตภัณฑ์หลักและเป็นเหตุให้เกิดการสูญเสียความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยา ผลิตภาพของท่อนาโนคาร์บอนชนิดผนังหลายชั้นมีค่าสูงสุดเท่ากับ 0.45 กรัมต่อกรัมของตัวเร่งปฏิกิริยา ณ อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา 600 องศาเซลเซียส สัดส่วนโมลเอทิลีน 0.5 น้ำหนักตัวเร่งฏิกิริยา 20 กรัม และเวลาในการทำปฏิกิริยา 60 นาที ผลการวิเคราะห์เชิงคุณภาพแสดงให้เห็นว่า การเพิ่มอุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาทำให้เกิดท่อนาโนคาร์บอนที่มีโครงสร้างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น เส้นผ่าศูนย์กลางของท่อนาโนคาร์บอนชนิดผนังหลายชั้นที่สังเคราะห์ได้มีค่าประมาณ 7 นาโนเมตรสำหรับทุกภาวะการทดลอง ผลการวิเคราะห์แก๊สขาออกบ่งชี้ว่า อีเทนสามารถสลายตัวเป็นท่อนาโนคาร์บอนชนิดผนังหลายชั้น ณ อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา 650 องศาเซลเซียสขึ้นไป ในขณะที่มีเทนไม่ทำปฏิกิริยาในช่วงอุณหภูมิที่ศึกษา พารามิเตอร์จลนศาสตร์ ได้แก่ สัมประสิทธิ์เอ็กซ์โพเนนเชียล และพลังงานก่อกัมมันต์มีค่าเท่ากับ 3.21 กรัมต่อกรัมตัวเร่งปฏิกิริยาต่อนาที และ 65.3 กิโลจูลต่อโมล ตามลำดับ ทั้งนี้พลังงานก่อกัมมันต์ในการก่อโครงร่างของท่อนาโนคาร์บอนชนิดผนังหลายชั้นมีค่าใกล้เคียงกับพลังงานก่อกัมมันต์ของการแพร่ของคาร์บอนในโคบอลต์เหลว