سنتز نانوالیاف کربنی با روش شناورسازی کاتالیست

شباهت شیمیایی نانوالیاف کربنی با نانولوله های کربنی و ساختار بی نظیر آن ها و پتانسیل نانوالیاف برای کاربردهای ویژه، تمایل روزافزونی نسبت به تحقیق بر سنتز آن ها از طریق تجزیه کاتالیستی منابع هیدروکربنی گوناگون را به وجود آورده است. تحقیقات گسترده ای در زمینه سنتز نانوالیاف کربنی انجام شده و یکی از مهم ترین اهداف، یافتن روشی برای تولید آن ها بوده که علاوه بر ایجاد محصولی با کیفیت بالا، قابلیت تولید در مقیاس انبوه را داشته و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد. هدف این پروژه سنتز نانوالیاف کربن و یافتن شرایط بهینه سنتز آنها می باشد. در این پایان نامه از روش شناورسازی بخار کاتالیست که از روش های رسوب دهی بخارشیمیایی است و قابلیت تولید انبوه را دارد، استفاده شد. زایلن به عنوان خوراک کربنی، فروسن به عنوان کاتالیست و هیدروژن در نقش گاز حامل و ایجاد کننده محیطی کاهنده انتخاب گردید. تیوفن نیز در این فرایند مورد استفاده قرار گرفت که به دلیل داشتن گوگرد، نقش موثری در تشکیل نانوالیاف دارد. گوگرد نقطه ذوب را به بالای نقطه اتکتیک شیفت می دهد که این، بطور قابل ملاحظه ای تولید لیف را بهبود می دهد. آزمایشات با تغییر قطر راکتور، دبی هیدروژن، درصد جرمی فروسن و تیوفن، و دما انجام شدند. به منظور هدفمند کردن آزمایشات و بهینه سازی شرایط عملیاتی از نرم افزار آماری طراحی آزمایشminitab 16 استفاده شد. پس از انجام یک سری آزمایش، دبی هیدروژن نیز از طراحی آزمایش حذف شد، و طراحی آزمایش بر اساس سه پارامتر دیگر صورت پذیرفت . در سری آزمایشات جدید، دبی هیدروژن به مقدار ثابت 320 میلی لیتر بر دقیقه در نظر گرفته شد. نرم افزار minitab داده های کمی حاصل از آزمایشات انجام گرفته (میانگین قطر نانوالیاف) را دریافت کرده، و مدلی درجه دو از پارامترهای مذکور را برای سنتز نانوالیاف ارائه نمود. با استفاده از مدل حاصل، شرایط بهینه تعیین شد که عبارت بود از: دمای 1042 درجه سانتیگراد، غلظت تیوفن g/ml2، و غلظت فروسن g/ml 164/0. فرایند سنتز براساس شرایط بهینه پیشنهادی مدل انجام گرفت. نتایج تست های آنالیز بر نمونه سنتز شده در شرایط بهینه، حاکی از مطابقت مدل با نتایج تجربی داشت. با انجام این پروژه ، این نتایج حاصل شد که افزایش دبی هیدروژن منجر به سنتز نانوالیافی با قطر بیشتر می شود. افزایش دما نیز تأثیر مشابهی را داشت. اما افزایش بیش از حد دما، نانوالیاف با قطر کمتر را نتیجه داد. یک نتیجه قابل ذکر دیگر اینکه افزایش غلظت کاتالیست نیز منجر به تولید نانوالیاف کربنی قطورتر می شود. مهم ترین نتیجه ای که می توان به آن اشاره کرد قابلیت کنترل شرایط عملیاتی با استفاده از مدل ارائه شده برای دستیابی به نانوالیاف کربنی است.