Основанием для такого вывода служат: низкая стоимость сырья (метан, пропан и т.д.), катализатора, сравнительно невысокая энергоемкость процесса, возможность масштабирования лабораторных установок для получения значительных объемов продукции.
ООО «Тамбовский инновационно - технологический центр машиностроения» совместно с Тамбовским государственным техническим университетом и ОАО "Тамбовский завод "Комсомолец" им. Н.С. Артемова" реализует проект организации производства углеродных наноматериалов в масштабах, близких к промышленным.
Проведены работы по исследованию технологии получения этих продуктов методом каталитического пиролиза углеводородов в лабораторных условиях. Основные преимущества метода: процесс пиролиза осуществляется при непосредственном контакте катализатора и углеродсодержащего газа при относительно низких температурах (600 - 800 °С) и атмосферном давлении, что позволяет снизить энергетические затраты и затраты на конструктивное оформление; имеется возможность организации рецикла по углеродсодержащему газу, что предполагает снижение затрат на исходные реагенты и уменьшение объема отходов производства; технология является гибкой и может использоваться для синтеза как нановолокон, так и нанотрубок.
Разработано и изготовлено экспериментальное оборудование для синтеза углеродных наноматериалов. Пиролиз газообразных углеводородов осуществляется в реакторе периодического действия. Углеродсодержащий газ подается на поверхность порошкообразного катализатора, нанесенного тонким равномерным слоем на пластину, изготовленную из нержавеющей стали.
Для определения рабочих параметров процесса получения углеродных наноматериалов были проведены экспериментальные исследования по определению зависимости выхода продукта от толщины слоя катализатора и расхода углеродсодержащего газа, подаваемого в зону реакции. Для выявления кинетики процесса были проведены эксперименты с различным временем пребывания катализатора в среде углеродсодержащего газа.
При изменении толщины слоя катализатора, находящегося в зоне реакции, удельный выход продукта менялся по экспоненциальной зависимости. На более толстых слоях катализатор прореагировал не полностью, под слоем образовавшихся углеродных наноматериалов остался слой катализатора. Уменьшая толщину слоя, добились полного реагирования катализатора, что, естественно, повлияло на выход продукта. При толщине слоя катализатора 2 мм, удельный выход продукта составил 2,6 г/гкат, при уменьшении толщины слоя удельный выход увеличился. При проведении экспериментов менялась только толщина слоя, остальные параметры процесса оставались постоянными. Проанализировав полученные результаты была выбрана оптимальная толщина слоя катализатора, необходимого для проведения процесса пиролиза.
При изменении расхода углерод содержащего газа, подаваемого в реактор, выход продукта изменялся соответственно. Увеличение расхода газа повлекло за собой увеличение удельного выхода продукта. Изменение удельного выхода от расхода описывается квадратичной зависимостью.
При изменении времени пребывания катализатора в среде углеводорода наблюдалось изменение прироста продукта. Если период времени пребывания катализатора в среде углерод содержащего газа мало, то количество углерода отлагающегося на нем очень мало и значительно меньше массы самого катализатора, при увеличении этого периода времени на катализаторе начинает образовываться углеродный наноструктурированный материал, после того, как масса образовавшегося продукта достигла своего предела дальнейшее увеличение времени пребывания катализатора в среде углеводорода ни к чему не приводит. В результате этого эксперимента было выявлено время необходимое для проведения процесса каталитического пиролиза, тем самым были снижены: общее время процесса, энергетические затраты и т.д.
Результаты экспериментальных исследований положены в основу рекомендаций для проектирования опытно-промышленного технологического оборудования для получения углеродгых наноматериалов, которое в настоящий момент изготавливается на ОАО «Тамбовский завод «Комсомолец» им. Н.С. Артемова». Планируемая производительность единицы оборудования при односменном режиме работы- 2000 кг/год.
Опытные образцы продукции испытываются и диагностируются специалистами Федерального государственного унитарного предприятия «Тамбовский научно - исследовательский химический институт» (ФГУП «ТамбовНИХИ»), Санкт-Петербургского объединенного исследовательского центра (центр коллективного пользования), Воронежского государственного технического университета.
Результаты предварительных исследований показали, что полученный продукт представляет собой углеродные нановолокна диаметром до 80 нм.
ООО "Тамбовский инновационно - технологический центр машиностроения" готово предоставить образцы нанопродуктов заинтересованным структурам для оценки перспектив их использования в различных отраслях промышленности.
Библиографическая ссылка
Меметов Н.Р., Мищенко С.В., Ткачев А.Г., Артемов В.Н. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ ПИРОЛИЗОМ УГЛЕВОДОРОДОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 5. – С. 70-71;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22948 (дата обращения: 03.12.2024).