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以太西无烟煤为碳源制备单壁碳纳米管
  • 期刊名称:化工学报
  • 时间:0
  • 页码:1041-1046
  • 分类:TQ536[化学工程—煤化学工程] TB383[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:[1]大连理工大学化工学院炭素材料研究室大连理工大学精细化工国家重点实验室,辽宁大连116012, [2]大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室,辽宁大连116023
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(20725619 20836002)
  • 相关项目:煤基功能性纳米和微米炭素材料的制备、结构和性能及其应用
中文摘要:

以太西无烟煤为碳源,研究了用直流电弧放电法大批量制备单壁碳纳米管的工艺条件,考察了放电气氛及压力、催化剂种类及其用量和煤基炭棒的炭化终温对单壁碳纳米管产率的影响,采用发射光谱技术对电弧等离子体进行了实时监测,用透射电子显微镜、拉曼光谱技术、热重技术和物理吸附技术等对单壁碳纳米管产品进行了分析表征。研究表明,以稀土氧化物Y2O3和过渡金属Ni为催化剂、煤基炭棒为阳极,在0.05MPa氦气下电弧放电,可实现单壁碳纳米管的批量制备,单壁碳纳米管的产量随着煤基炭棒炭化终温的升高而增大。电弧放电得到的煤基单壁纳米碳管以管束形式存在;单壁碳纳米管粗产品中金属催化剂含量低于40%(质量);所得到的煤基单壁碳纳米管的直径在1.5~2.4nm之间,比表面积为199m2.g-1,孔容为0.388cm3.g-1,其中中孔占60%。光谱分析表明,电弧等离子体中存在大量的C和一定的CN活性物种。

英文摘要:

Single-walled carbon nanotubes(SWCNTs)are prepared in large scale from Taixi anthracite coal using arc discharge technique.The properties of the arc plasma during the arcing process are analyzed in situ using optical emission spectroscopy(OES)and are correlated to the yield of SWCNTs to understand the growth mechanism of SWCNTs.The SWCNTs are characterized by TEM,TGA,Raman spectroscopy and N2 adsorption technique.The results show that Taixi anthracite is a suitable carbon source for mass production of SWCNTs with Y2O3 and Ni as catalysts at a helium pressure of 0.05 MPa.The yield of SWCNTs increases as the carbonization temperature of coal-based anode increases.In the SWCNTs,there are metals and minerals that account for about 40%(mass).The coal-based SWCNTs have a diameter of 1.5—2.4 nm and a surface area of 199 m2·g-1.The OES analysis reveals that active species such as C2 dimers and CN species are present in the arcing plasma and the active intermediates involved in the formation and growth of SWCNTs.

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