RU2481889C2 - Method of producing carbon nanomaterials - Google Patents

Method of producing carbon nanomaterials Download PDF

Info

Publication number
RU2481889C2
RU2481889C2 RU2010140083/05A RU2010140083A RU2481889C2 RU 2481889 C2 RU2481889 C2 RU 2481889C2 RU 2010140083/05 A RU2010140083/05 A RU 2010140083/05A RU 2010140083 A RU2010140083 A RU 2010140083A RU 2481889 C2 RU2481889 C2 RU 2481889C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
catalyst
pyrolysis
gas
carbon
Prior art date
Application number
RU2010140083/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010140083A (en
Inventor
Алексей Григорьевич Ткачев
Максим Алексеевич Ткачев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр"
Priority to RU2010140083/05A priority Critical patent/RU2481889C2/en
Publication of RU2010140083A publication Critical patent/RU2010140083A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2481889C2 publication Critical patent/RU2481889C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to technology of producing fibrous carbon materials through pyrolysis of aromatic and non-aromatic hydrocarbons. Disclosed method of producing carbon nanotubes involves placing a fine catalyst into a reactor fitted with a heater, blowing with inert gas and heating to pyrolysis temperature. Further, carbon-containing gas is continuously fed and gaseous pyrolysis products are removed through a pipe. At the end of the pyrolysis process, the finished product is cooled. According to the invention, a catalyst in form of pellets is placed in the reactor. After sealing the reactor, the heater is switched on and an inert gas and a carbon-containing gas are blown through a gas-distribution device into the reactor, wherein the catalyst pellets are subjected to an acoustic activator.
EFFECT: invention increases efficiency through sharp increase in mass of the compacted catalyst.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии получения волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов.The invention relates to a technology for producing fibrous carbon materials by the pyrolysis of aromatic and non-aromatic hydrocarbons.

Технология получения волокнистых углеродных материалов, в том числе и углеродных нанотрубок, заключается в проведении пиролиза углеводородных, либо углеродсодержащих газов или материалов в присутствии катализаторов, преимущественно на основе дисперсного никеля, либо сплавов на его основе, а также других активных металлов с последующим охлаждением продуктов пиролиза.The technology for producing fibrous carbon materials, including carbon nanotubes, consists in carrying out the pyrolysis of hydrocarbon or carbon-containing gases or materials in the presence of catalysts, mainly based on dispersed nickel, or alloys based on it, as well as other active metals, followed by cooling of the pyrolysis products .

Изобретение относится к синтезу углеродных нанотрубок с наружным диаметром от 15 до 50 нм с количеством слоев от 3 до 15, которые относятся к многослойным нанотрубкам.The invention relates to the synthesis of carbon nanotubes with an outer diameter of from 15 to 50 nm with a number of layers from 3 to 15, which relate to multilayer nanotubes.

Известен способ непрерывного получения углеродных волокон (патент США №5165909, МПК D01F 9/10, 1992 г.), который включает контактирующее формирование волокон на катализаторе, содержащем металлические частицы, с газом, содержащим углерод. Процесс синтеза осуществляют непрерывно за счет непрерывной подачи в реакционную зону содержащего атомы углерода газа и содержащего металл катализатора и выведение из реакционной зоны продуктов пиролиза, причем газ после очистки вновь возвращают в реакционную зону. В качестве содержащего углерод газа может использоваться окись углерода, различные углеводороды, в том числе содержащих кислород, такие, как формальдегид, уксусный альдегид, ацетон, метанол, этиловый спирт или их смесь, а также ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилол, кумол, этилбензол, нафталин, фенантрен, антрацен или их смеси, Кроме того, могут использоваться неароматические углеводороды, такие как метан, этан, пропан, этилен, пропилен или ацетилен или их смеси. При этом предпочтение отдается углеводороду - метану. В качестве катализатора используют сплавы и металлы: железо, кобальт или никель в виде частиц, имеющих диаметр между 3.5 и 70 нанометров с жаропрочной добавкой оксида алюминия, силиката алюминия, и химические соединения на основе углерода.A known method for the continuous production of carbon fibers (US patent No. 5165909, IPC D01F 9/10, 1992), which includes contacting the formation of fibers on a catalyst containing metal particles with a gas containing carbon. The synthesis process is carried out continuously by continuously feeding into the reaction zone a gas containing carbon atoms and a metal containing catalyst and removing pyrolysis products from the reaction zone, the gas being again returned to the reaction zone after purification. Carbon monoxide can be used as carbon monoxide, various hydrocarbons, including those containing oxygen, such as formaldehyde, acetic aldehyde, acetone, methanol, ethyl alcohol or a mixture thereof, as well as aromatic hydrocarbons: benzene, toluene, xylene, cumene, ethylbenzene, naphthalene, phenanthrene, anthracene or mixtures thereof. In addition, non-aromatic hydrocarbons such as methane, ethane, propane, ethylene, propylene or acetylene or mixtures thereof can be used. In this case, preference is given to hydrocarbon - methane. As a catalyst, alloys and metals are used: iron, cobalt or nickel in the form of particles having a diameter between 3.5 and 70 nanometers with a heat-resistant additive of aluminum oxide, aluminum silicate, and carbon-based chemical compounds.

Согласно патенту синтез ведут при контакте газа с катализатором в течение от 10 секунд до 30 минут и при давлении от одной десятой до десяти атмосфер, и температуре - от 900°С до 1150°С. Способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом заключается в том, что в реактор подают исходный продукт - углеводородный газ и распыляют катализатор в виде сплава на основе никеля, который нагревают до температуры 600-1150°С, при этом непрерывно подают в реактор углеводородный газ и отводят газообразные продукты пиролиза и готовый продукт вместе с катализатором охлаждают на поверхности фильтра, установленного на входе циркуляционного компрессора. Пиролиз проводят в вертикальной печи, в верхней части которой располагают патрубок подачи углеводородного газа, ленточные нагреватели и бункер с катализатором. На нижней части бункера с катализатором располагают питательный клапан, который подает в реакционную зону печи катализатор в виде порошкообразного никеля с добавлением окиси алюминия. В нижней части располагают второй патрубок подачи углеводородного газа. Расстояние между питающим клапаном и вторым патрубком подачи углеводородного газа является реакционной зоной, ниже которой расположено основание печи, снабженное фильтром, являющимся сборником готового продукта перед его выгрузкой, полость между фильтром и нижней частью корпуса реактора соединена с входом циркуляционного компрессора.According to the patent, the synthesis is carried out by contacting the gas with the catalyst for from 10 seconds to 30 minutes and at a pressure of one tenth to ten atmospheres, and a temperature of from 900 ° C to 1150 ° C. The method of producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis is that a hydrocarbon gas source product is fed into the reactor and the catalyst is sprayed in the form of a nickel-based alloy, which is heated to a temperature of 600-1150 ° C, while hydrocarbon gas is continuously fed into the reactor and removed The gaseous pyrolysis products and the finished product together with the catalyst are cooled on the surface of the filter installed at the inlet of the circulation compressor. Pyrolysis is carried out in a vertical furnace, in the upper part of which there is a pipe for supplying hydrocarbon gas, belt heaters and a hopper with a catalyst. A feed valve is located on the bottom of the hopper with the catalyst, which supplies the catalyst in the form of powdered nickel with the addition of alumina to the reaction zone of the furnace. In the lower part, a second hydrocarbon gas supply pipe is arranged. The distance between the supply valve and the second hydrocarbon gas supply pipe is the reaction zone, below which is the base of the furnace, equipped with a filter, which is the collector of the finished product before unloading, the cavity between the filter and the lower part of the reactor vessel is connected to the inlet of the circulation compressor.

Однако полученные таким способом продукты пиролиза подвергаются длительному нагреву потоком циркулирующего горячего газа, содержащего смесь углеводородного газа, продуктов пиролиза и катализатора, что обуславливает разброс свойств готового продукта, т.е. в продукте кроме углеродных волокон могут образовываться вкрапления графита и сажи, которые снижают качество продукта. Другими недостатками известного способа является невозможность равномерного распределения порошкообразного катализатора по всему живому сечению печи и неравномерность температурного поля в реакционной зоне. Это приводит к снижению эффективности пиролиза.However, the pyrolysis products obtained in this way are subjected to prolonged heating by a stream of circulating hot gas containing a mixture of hydrocarbon gas, pyrolysis products and a catalyst, which causes a spread in the properties of the finished product, i.e. in addition to carbon fibers, inclusions of graphite and soot can form in the product, which reduce the quality of the product. Other disadvantages of this method is the impossibility of a uniform distribution of the powder catalyst over the entire living section of the furnace and the uneven temperature field in the reaction zone. This leads to a decrease in the efficiency of pyrolysis.

Наиболее близким к заявленному является способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом (патент РФ №2296827, МПК D01F 9/127, D01F 9/133, 2007 г.), заключающийся в том, что в продутом аргоном реакторе распыляют катализатор в виде пылевидного сплава на основе никеля, нагревают до температуры 600-1150°С. После этого производят непрерывную подачу углеродсодержащего газа и отвод газообразных продуктов пиролиза, и по окончании процесса пиролиза готовый продукт вместе с катализатором охлаждают, причем в реактор с нагревателями, размещенными над и под установленным диском, струйным распылителем подают инертный газ и катализатор, поступающий в распылитель через дозатор в камеру - осадитель, имеющую вид перевернутого стакана с сечением в виде сектора вращающегося диска, в котором производят осаждение пылевидного катализатора на верхнюю поверхность диска при включенном приводе вращения диска слоем 0,1-0,3 мм, затем подают углесодержащий газ со стороны нижней поверхности диска, который нагревают, при этом отвод газообразных продуктов пиролиза осуществляют через патрубки, которые размещены в верхней части реактора и камеры - осадителя. По окончании процесса пиролиза включают привод вращения диска и скребком удаляют твердые продукты пиролиза в охлаждаемую емкость отбора продуктов пиролиза, в которую также подают инертный газ.Closest to the claimed is a method of producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis (RF patent No. 2296827, IPC D01F 9/127, D01F 9/133, 2007), which consists in the fact that in the reactor blown with argon the catalyst is sprayed in the form of a pulverized alloy on Nickel-based, heated to a temperature of 600-1150 ° C. After that, carbon-containing gas is continuously supplied and gaseous pyrolysis products are removed, and at the end of the pyrolysis process, the finished product together with the catalyst is cooled, and inert gas and the catalyst are supplied to the reactor with heaters placed above and below the installed disk, and the catalyst enters the atomizer through dispenser in the chamber - precipitator, having the form of an inverted glass with a section in the form of a sector of a rotating disk, in which the dusty catalyst is deposited on the upper surface the disk surface when the disk rotation drive is turned on with a layer of 0.1-0.3 mm, then carbon-containing gas is supplied from the side of the lower surface of the disk, which is heated, while the removal of gaseous pyrolysis products is carried out through pipes that are located in the upper part of the reactor and the precipitating chamber . At the end of the pyrolysis process, a disk rotation drive is turned on and solid pyrolysis products are removed with a scraper to a cooled pyrolysis product recovery tank, which is also supplied with an inert gas.

Недостатком такого способа является сложность достижения равномерного распределения катализатора в объеме реактора. Как видно из описания прототипа в реакторе принимает участие в каталитическом синтезе только тонкий осажденный слой катализатора. Это обуславливает низкий выход углеродного материала с единицы объема реактора.The disadvantage of this method is the difficulty of achieving a uniform distribution of the catalyst in the reactor volume. As can be seen from the description of the prototype in the reactor, only a thin deposited catalyst layer takes part in the catalytic synthesis. This leads to a low yield of carbon material per unit volume of the reactor.

По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбран способ по патенту РФ №2296827.According to the totality of common features, the method according to the patent of the Russian Federation No. 2296827 is selected as a prototype.

Задачей изобретения является достижение равномерного распределения катализатора в объеме реактора каталитического пиролиза.The objective of the invention is to achieve uniform distribution of the catalyst in the volume of the catalytic pyrolysis reactor.

Техническим результатом является увеличение производительности реактора при получении углеродных наноматериалов.The technical result is to increase the productivity of the reactor upon receipt of carbon nanomaterials.

Технический результат достигается тем, что в способе получения углеродных наноматериалов, заключающемся в том, что в реактор, снабженный нагревателем, помещают мелкодисперсный катализатор, продувают инертным газом и нагревают до температуры пиролиза, после чего производят непрерывную подачу углеродсодержащего газа и отвод газообразных продуктов пиролиза через патрубки и по окончании процесса пиролиза готовый продукт охлаждают, согласно изобретению в объеме реактора помещают катализатор в виде таблеток, после герметизации реактора включают нагреватели и через газораспределительное устройство в полость реактора подают инертный и углеродсодержащий газы, в процессе синтеза на таблетки катализатора воздействуют акустическим активатором.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing carbon nanomaterials, which consists in the fact that a finely dispersed catalyst is placed in a reactor equipped with a heater, purged with an inert gas and heated to a pyrolysis temperature, after which a carbon-containing gas is continuously supplied and the gaseous pyrolysis products are removed through nozzles and at the end of the pyrolysis process, the finished product is cooled, according to the invention, the catalyst in the form of tablets is placed in the reactor volume after sealing the reactor This turns the heaters and through the gas distribution arrangement in the reactor cavity and the inert carbon-containing gases affect acoustic activator during the synthesis of the catalyst tablets.

В нижней части реактора устанавливают систему охлаждения синтезируемого наноматериала.In the lower part of the reactor, a synthesized nanomaterial cooling system is installed.

В нижней части реактора дополнительно устанавливают устройство для непрерывной выгрузки материала.In the lower part of the reactor, an additional device is installed for continuous discharge of material.

В объеме реактора помещают катализатор в виде таблеток, после герметизации реактора включают нагреватели и через газораспределительное устройство в полость реактора подают инертный и углеродсодержащий газы, в процессе синтеза на таблетки катализатора воздействуют акустическим активатором, это обеспечивает резкое повышение производительности реактора за счет компактирования катализатора. При этом обеспечивается получение многослойных углеродных нанотрубок с диаметром от 15 до 50 нм за счет сокращения продолжительности цикла каталитического пиролиза и исключения образования твердых продуктов пиролиза в виде сажи и графита. При этом обеспечивается:The catalyst in the form of tablets is placed in the reactor volume, after the reactor is sealed, the heaters are turned on and inert and carbon-containing gases are fed into the reactor cavity through the gas distribution device, and the catalyst tablets are exposed to the acoustic activator during the synthesis, this provides a sharp increase in reactor productivity due to compacting the catalyst. This ensures the production of multilayer carbon nanotubes with a diameter of 15 to 50 nm by reducing the duration of the catalytic pyrolysis cycle and eliminating the formation of solid pyrolysis products in the form of soot and graphite. This provides:

- повышение производительности реактора за счет более полного использования внутреннего объема реактора;- increasing the productivity of the reactor due to a more complete use of the internal volume of the reactor;

- возможность контроля за срабатыванием катализатора (визуально можно контролировать как уменьшаются размеры таблеток);- the ability to control the operation of the catalyst (visually you can control how the size of the tablets is reduced);

- создание равномерного температурного поля на поверхности катализатора за счет подвода тепла в виде лучистой энергии и вместе с разогретым газом, циркулирующим в полости реактора;- creating a uniform temperature field on the surface of the catalyst by supplying heat in the form of radiant energy and together with the heated gas circulating in the cavity of the reactor;

- уменьшение энергоемкости за счет разогрева только зоны каталитического пиролиза;- reduction of energy intensity due to heating only the catalytic pyrolysis zone;

- уменьшение времени процесса синтеза за счет удаления твердых продуктов каталитического пиролиза с поверхности катализатора в зону, охлаждаемую до температуры, исключающей возможность разложения нанотрубок;- reducing the time of the synthesis process by removing the solid products of catalytic pyrolysis from the surface of the catalyst into a zone cooled to a temperature that excludes the possibility of decomposition of nanotubes;

- интенсификация процесса синтеза за счет перемешивания газа акустическим активатором при одновременном удалении с поверхности катализатора синтезированного материала;- intensification of the synthesis process by mixing the gas with an acoustic activator while removing synthesized material from the catalyst surface;

- уменьшение расхода катализатора, за счет исключения его оседания на поверхностях реактора и его более полного срабатывания.- reduction of catalyst consumption, due to the exclusion of its subsidence on the surfaces of the reactor and its more complete operation.

Установка в нижней части реактора системы охлаждения синтезируемого наноматериала обеспечивает охлаждение его до температуры ниже температуры термического разложения, что повышает качество продукта. Одновременно обеспечивается снижение энергоемкости за счет локализации зоны нагрева.The installation of a synthesized nanomaterial cooling system in the lower part of the reactor provides its cooling to a temperature below the temperature of thermal decomposition, which improves the quality of the product. At the same time, energy intensity is reduced due to the localization of the heating zone.

Дополнительная установка в нижней части реактора устройства для непрерывной выгрузки материала обеспечивает уменьшение габаритов реактора за счет уменьшения зоны выгрузки. Кроме того, обеспечивается уменьшение расхода инертного газа на продувку реактора между циклами.An additional installation in the lower part of the reactor of a device for continuous unloading of material ensures a reduction in the dimensions of the reactor by reducing the discharge zone. In addition, it provides a decrease in the flow of inert gas for purging the reactor between cycles.

На представленных чертежах изображена конструкция реактора для реализации способа и иллюстрации процесса синтеза на компактированном катализаторе, где показано:The drawings show the design of the reactor for implementing the method and illustrating the synthesis process on a compacted catalyst, which shows:

на фиг.1 - схема реактора синтеза углеродных нанотрубок;figure 1 - diagram of a reactor for the synthesis of carbon nanotubes;

на фиг.2 - показан процесс синтеза углеродных наноматериалов при использовании заявляемого способа, 12 фотоснимков таблетки ⌀20 мм были выполнены за 28 мин.figure 2 - shows the synthesis of carbon nanomaterials using the proposed method, 12 photographs of tablets ⌀20 mm were taken in 28 minutes

Перечень позиций, указанных на чертежах:The list of items indicated in the drawings:

1 - корпус;1 - housing;

2 - крышка;2 - cover;

3 - решетка;3 - lattice;

4 - подвеска4 - suspension

5 - таблетка катализатора;5 - tablet of the catalyst;

6 - нагреватель;6 - heater;

7 - теплоизоляция;7 - thermal insulation;

8 - нагреватель газа;8 - gas heater;

9 - патрубок подачи газа9 - gas supply pipe

10 - патрубок вывода отработанного газа на рецикл;10 - pipe outlet exhaust gas for recycling;

11 - шнек;11 - auger;

12 - акустический активатор;12 - acoustic activator;

13 - система охлаждения.13 - cooling system.

Для реализации заявленного способа был создан реактор синтеза углеродных нанотрубок. Реактор содержит корпус 1 с крышкой 2, в расточке корпуса 1 установлена решетка 3, на которой закреплены подвески 4 с таблетками катализатора 5. Внутри корпуса 1 помещен нагреватель 6, а на внешней его поверхности и на крышке 2 установлена теплоизоляция 7. Вне реактора помещен нагреватель газа 8, соединенный с патрубком подачи газа 9, установленным в корпусе 1 подвесками 4 с таблетками катализатора 5. На крышке 2 помещен также патрубок 10 вывода отработанного газа на рецикл. В нижней части корпуса 1 шнек 11 для выгрузки готового продукта и на уровне нижней части подвески 4 с внешней стороны корпуса 1 помещен акустический активатор 12. В нижней части корпуса 1 размещен змеевик системы охлаждения.To implement the claimed method, a carbon nanotube synthesis reactor was created. The reactor comprises a housing 1 with a cover 2, a grill 3 is installed in the bore of the housing 1, on which pendants 4 with catalyst tablets 5 are fixed. A heater 6 is placed inside the housing 1, and heat insulation is installed on its outer surface and on the cover 2. 7. A heater is placed outside the reactor gas 8 connected to a gas supply pipe 9 installed in the housing 1 by suspensions 4 with catalyst tablets 5. On the cover 2 is also placed a pipe 10 for exhaust gas outlet for recycling. In the lower part of the housing 1, the screw 11 for unloading the finished product and at the level of the lower part of the suspension 4 from the outside of the housing 1 is placed an acoustic activator 12. In the lower part of the housing 1 there is a cooling system coil.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Перед работой в расточке корпуса 1 устанавливают решетку 3 с подвесками с таблетками катализатора 4. Таблетки 5 могут изготавливаться из катализаторов различных марок либо с каналами для установки на подвеске, либо напрессовываться на стержни, являющимися частью подвески 4, либо укладываться в гнезда подвески 4 и т.д. Эти варианты относятся к общеизвестным приемам размещения продукта в объеме и каждый из них пригоден для реализации заявляемого способа и в данной заявке не рассматривается. После установки решетки 3 устанавливают крышку 2 и полость реактора через патрубок 9 продувают аргоном или другим инертным газом для удаления из нее атмосферного воздуха, так как в смеси кислорода воздуха с метаном или другим углеводородным газом в полости реактора может образоваться взрывоопасная смесь, что недопустимо, исходя из правил техники безопасности. Инертный газ удаляют через патрубок 10. После этого включают нагреватели 6 и нагреватель газа 8. Подогретый углеводородный газ подают через патрубок 9 и на поверхности таблеток 5 происходит процесс каталитического пиролиза с образованием углеродных нанотрубок. Газообразные продукты пиролиза через отверстия решетки 3 и патрубок 10 удаляют из реактора и после очистки вновь подают на вход нагревателя 8. После образования начального слоя синтезируемого материала включают акустический активатор 12, излучение которого не только интенсифицирует процесс каталитического синтеза за счет интенсивного перемешивания подаваемого углеводородного газа, но и обеспечивает отделение синтезированного материала от таблеток 5. Полученные углеродные материалы, отделенные от таблеток 5, осаждают в нижней охлаждаемой части реактора 1 и удаляют из него шнеком 11.Before work, a grill 3 with pendants with catalyst tablets 4 is installed in the bore of the housing 1. Tablets 5 can be made of various types of catalysts either with channels for mounting on the suspension, or pressed onto rods that are part of the suspension 4, or fit into suspension slots 4 and t .d. These options relate to well-known methods of product placement in volume and each of them is suitable for the implementation of the proposed method and is not considered in this application. After installing the grate 3, the lid 2 is installed and the reactor cavity is flushed through the pipe 9 with argon or other inert gas to remove atmospheric air from it, since an explosive mixture may form in the mixture of atmospheric oxygen with methane or other hydrocarbon gas, which is unacceptable from safety regulations. The inert gas is removed through the nozzle 10. Then, the heaters 6 and the gas heater are turned on. 8. The heated hydrocarbon gas is supplied through the nozzle 9 and catalytic pyrolysis with the formation of carbon nanotubes takes place on the surface of the tablets 5. The gaseous pyrolysis products through the openings of the grate 3 and the pipe 10 are removed from the reactor and, after cleaning, are again fed to the inlet of the heater 8. After the initial layer of the synthesized material is formed, an acoustic activator 12 is activated, the radiation of which not only intensifies the catalytic synthesis process by intensively mixing the supplied hydrocarbon gas, but also provides the separation of the synthesized material from tablets 5. The resulting carbon materials, separated from tablets 5, are precipitated in the lower cooling part of the reactor 1 and remove from it with a screw 11.

После окончания процесса синтеза прекращают подачу углеводородного газа, отключают нагреватели 6, нагреватель газа 8 и акустический активатор 12, включают систему охлаждения 13 и снимают крышку 2. Из расточки корпуса 1 удаляют решетку 3 и подвески 4 с отработанными таблетками 5 и устанавливают решетку с новыми таблетками 5. После этого вновь включают реактор, как это описано выше.After the synthesis process is completed, the flow of hydrocarbon gas is turned off, the heaters 6, the gas heater 8 and the acoustic activator 12 are turned off, the cooling system 13 is turned on and the cover 2 is removed. The grill 3 and suspensions 4 with spent tablets 5 are removed from the bore of the housing 1 and the grill is installed with new tablets 5. After that, the reactor is turned on again, as described above.

На фиг.2 показан процесс синтеза на одной таблетке диаметром 20 мм, помещенной в лабораторный реактор на подвеске в виде струны с закрепленным в нижней части струны грузом-ограничителем в виде гайки и подложкой, расположенной под таблеткой. На третьем снимке в верхнем ряду видно образование продуктов пиролиза. Начиная с третьего ряда сверху виден процесс отделения продуктов процесса пиролиза и его осыпание на подложку. На последнем снимке видно, что материал таблетки полностью перешел в синтезируемый материал. Последний снимок сделан через 28 мин после герметизации реактора.Figure 2 shows the synthesis process on one tablet with a diameter of 20 mm, placed in a laboratory reactor on a suspension in the form of a string with a load-stopper fixed in the lower part of the string in the form of a nut and a substrate located under the tablet. In the third picture, the formation of pyrolysis products is visible in the upper row. Starting from the third row, the process of separation of the products of the pyrolysis process and its shedding on the substrate are seen from above. The last image shows that the tablet material has completely transferred to the synthesized material. The last shot was taken 28 minutes after the reactor was sealed.

Пример 1. В реактор на подвесках помещали таблетки катализатора диаметром 20 мм и высотой 25 мм, содержащего 90% оксида никеля и 10% оксида магния в количестве 300 г. После герметизации реактора полость его продували аргоном и включали нагревательные элементы и подогреватель газа. В полость реактора подавали метан и в реакционной зоне поддерживали температуру 750°С, которую выдерживали в течение 25 мин. Затем отключали нагрев и включали систему принудительного охлаждения и после снижения температуры в реакторе до безопасной открывали реактор и производили замену отработанных подвесок с таблетками катализатора на новые. После этого повторяли предыдущие операции. Продолжительность одного цикла синтеза составила 28 мин. Результат: 3600 г углеродного наноматериала в виде многослойных нанотрубок без примесей сажи и графита.Example 1. In a suspension reactor, catalyst pellets with a diameter of 20 mm and a height of 25 mm containing 90% nickel oxide and 10% magnesium oxide in an amount of 300 g were placed. After sealing the reactor, the cavity was purged with argon and heating elements and a gas heater were turned on. Methane was introduced into the cavity of the reactor and a temperature of 750 ° C was maintained in the reaction zone for 25 minutes. Then the heating was turned off and the forced cooling system was turned on, and after the temperature in the reactor was lowered to a safe temperature, the reactor was opened and spent suspensions with catalyst tablets were replaced with new ones. After that, the previous operations were repeated. The duration of one synthesis cycle was 28 minutes. Result: 3600 g of carbon nanomaterial in the form of multilayer nanotubes without impurities of soot and graphite.

Пример 2. В реакторе по примеру 1 на подвесках помещали таблетки катализатора диаметром 22 мм и высотой 16 мм, содержащего 80% соединений оксида железа, кобальта и 20% оксида магния в количестве 420 г. После герметизации реактора полость его продували аргоном и включали нагревательные элементы и подогреватель газа и в полость реактора подавали бытовой газ - смесь пропана и бутана и нагревали катализатор до температуры 650°С, которую выдерживали в течение 30 мин. Затем отключали нагрев и включали систему принудительного охлаждения и после снижения температуры в реакторе до безопасной открывали реактор и производили замену отработанных подвесок с таблетками катализатора на новые. После этого повторяли предыдущие операции. Продолжительность одного цикла синтеза составила 35 мин. Результат: 4800 г углеродного наноматериала в виде многослойных нанотрубок без примесей сажи и графита.Example 2. In the reactor of example 1, suspensions were placed on tablets of a catalyst with a diameter of 22 mm and a height of 16 mm, containing 80% compounds of iron oxide, cobalt and 20% magnesium oxide in an amount of 420 g. After sealing the reactor, the cavity was purged with argon and the heating elements were turned on and a gas heater and household gas — a mixture of propane and butane — were fed into the reactor cavity and the catalyst was heated to a temperature of 650 ° C, which was held for 30 min. Then the heating was turned off and the forced cooling system was turned on, and after the temperature in the reactor was lowered to a safe temperature, the reactor was opened and spent suspensions with catalyst tablets were replaced with new ones. After that, the previous operations were repeated. The duration of one synthesis cycle was 35 minutes. Result: 4800 g of carbon nanomaterial in the form of multilayer nanotubes without impurities of soot and graphite.

Продукт, полученный согласно примерам 1 и 2, очищали от катализатора химическим способом - обработкой азотной кислотой. После промывки и просушивания были получены одномерные наномасштабные нитевидные образования поликристаллического графита в виде сыпучего порошка со следующими характеристиками:The product obtained according to examples 1 and 2 was purified from the catalyst by a chemical method — treatment with nitric acid. After washing and drying, one-dimensional nanoscale whisker-like formations of polycrystalline graphite were obtained in the form of a loose powder with the following characteristics:

наружный диаметр от 15 до 50 нм;outer diameter from 15 to 50 nm;

длина от 0,5 до 2 µм и более;length from 0.5 to 2 μm or more;

насыпная плотность от 0,4 до 0,46 г/см3;bulk density from 0.4 to 0.46 g / cm 3 ;

Общий объем примесей не превышал 1,1%.The total volume of impurities did not exceed 1.1%.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение производительности синтеза углеродных наноматериалов.The proposed method provides increased productivity for the synthesis of carbon nanomaterials.

Claims (3)

1. Способ получения углеродных нанотрубок, заключающийся в том, что в реактор, снабженный нагревателем, помещают катализатор, герметизируют реактор и через газораспределительное устройство продувают полость реактора подогретым инертным газом, далее включают нагреватели и нагревают до температуры пиролиза, после чего в полость реактора производят непрерывную подачу углеродсодержащего газа и отвод газообразных продуктов пиролиза через патрубки, а по окончании процесса пиролиза готовый продукт охлаждают, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют таблетки, закрепленные на подвесках, которые, в свою очередь, размещены на установленной в расточке корпуса решетке, при этом в процессе синтеза на таблетки катализатора воздействуют акустическим активатором.1. A method for producing carbon nanotubes, which consists in placing a catalyst in a reactor equipped with a heater, sealing the reactor and blowing the reactor cavity through a heated inert gas through a gas distribution device, then turning on the heaters and heating to the pyrolysis temperature, after which continuous the supply of carbon-containing gas and the removal of gaseous pyrolysis products through the nozzles, and at the end of the pyrolysis process, the finished product is cooled, characterized in that in quality The catalyst is used using tablets mounted on suspensions, which, in turn, are placed on a lattice installed in the bore of the housing, and during the synthesis, the catalyst tablets are exposed to an acoustic activator. 2. Способ получения углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что в нижней части реактора устанавливают систему охлаждения синтезируемого наноматериала.2. The method of producing carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that in the lower part of the reactor a cooling system for the synthesized nanomaterial is installed. 3. Способ получения углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что в нижней части реактора дополнительно устанавливают устройство для непрерывной выгрузки материала. 3. The method of producing carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that in the lower part of the reactor an additional device is installed for continuous discharge of material.
RU2010140083/05A 2010-09-29 2010-09-29 Method of producing carbon nanomaterials RU2481889C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010140083/05A RU2481889C2 (en) 2010-09-29 2010-09-29 Method of producing carbon nanomaterials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010140083/05A RU2481889C2 (en) 2010-09-29 2010-09-29 Method of producing carbon nanomaterials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010140083A RU2010140083A (en) 2012-04-10
RU2481889C2 true RU2481889C2 (en) 2013-05-20

Family

ID=46031339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010140083/05A RU2481889C2 (en) 2010-09-29 2010-09-29 Method of producing carbon nanomaterials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2481889C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768123C1 (en) * 2021-04-09 2022-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ») Carbon material activation reactor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102136C1 (en) * 1996-04-02 1998-01-20 Михаил Геннадьевич Сульман Method of preparing palladium catalyst for synthesis of 10-(2,3,4- trimethoxy-6-methylphenyl)decanoic acid ethyl ester
RU2296827C1 (en) * 2005-08-03 2007-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" Method of preparing fibrous carbon structures using catalytic pyrolysis
RU2319542C1 (en) * 2006-11-15 2008-03-20 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Catalyst, method of preparation thereof, and processes for removing carbon monoxide from hydrogen-containing gas
US20090023821A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-22 Integrated Environmental Technologies, Llc Method and apparatus for synthesizing hydrocarbons using sonic mixing and solid catalysts
RU2349690C1 (en) * 2007-07-25 2009-03-20 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" Method for production of fibrous carbonic structures by catalytic pyrolysis

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102136C1 (en) * 1996-04-02 1998-01-20 Михаил Геннадьевич Сульман Method of preparing palladium catalyst for synthesis of 10-(2,3,4- trimethoxy-6-methylphenyl)decanoic acid ethyl ester
RU2296827C1 (en) * 2005-08-03 2007-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" Method of preparing fibrous carbon structures using catalytic pyrolysis
RU2319542C1 (en) * 2006-11-15 2008-03-20 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Catalyst, method of preparation thereof, and processes for removing carbon monoxide from hydrogen-containing gas
US20090023821A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-22 Integrated Environmental Technologies, Llc Method and apparatus for synthesizing hydrocarbons using sonic mixing and solid catalysts
RU2349690C1 (en) * 2007-07-25 2009-03-20 Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" Method for production of fibrous carbonic structures by catalytic pyrolysis

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768123C1 (en) * 2021-04-09 2022-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ») Carbon material activation reactor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010140083A (en) 2012-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2296827C1 (en) Method of preparing fibrous carbon structures using catalytic pyrolysis
CA2546639C (en) Method
EP3167694B9 (en) Apparatus and method for plasma synthesis of graphitic products including graphene
JP5549941B2 (en) Nanocarbon production method and production apparatus
JP5159513B2 (en) Carbon nanotube synthesizer
JP2011046611A (en) Method for making single-wall carbon nanotube using supported catalyst
CN101490321A (en) Carbon nano-fibre production
JPH0424320B2 (en)
JP3816017B2 (en) Tubular carbon material production apparatus, production equipment, and carbon nanotube production method
RU2409711C1 (en) Method of producing nano-structured carbon fibres and apparatus for realising said method
JP3007983B1 (en) Manufacturing method of ultra fine carbon tube
RU2481889C2 (en) Method of producing carbon nanomaterials
JP2005097014A (en) Carbon nanotube production apparatus, production method, and gas decomposer used therein
RU2516548C2 (en) Method of obtaining carbon-metal material by catalytic pyrolysis of ethanol
RU2401798C1 (en) Carbon nanotube synthesis method
RU2443807C1 (en) Method of producing carbon fibre materials via catalytic pyrolysis
CN107986260B (en) A kind of microwave-heating formula coal carbon nanotube device
RU2353718C1 (en) Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis
RU2389836C2 (en) Reactor for production of fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis
JP2003146633A (en) Method for manufacturing carbon nanotube
RU2349690C1 (en) Method for production of fibrous carbonic structures by catalytic pyrolysis
RU2108287C1 (en) Method of producing carbon material and hydrogen
RU2424184C2 (en) Reactor for synthesis of carbon nanotubes
RU2401159C1 (en) Carbon nanotube synthesis reactor
RU95673U1 (en) CARBON NANOTUBE SYNTHESIS REACTOR

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130128