Carbon nanotube production
Karbon nanotüp üretimi
- Tez No: 305081
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ, PROF. DR. H. ÖNDER ÖZBELGE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 218
Özet
Silindirik nanoyapısı ile, bir karbon alotropu olan karbon nanotüpler; sıradışı kimyasal, elektriksel, optik, mekanik ve termal özellikleri ve geniş potansiyel uygulama alanlarından dolayı bilim adamları ve endüstri için en ilgi çekici araştırma konularından biridir. Esas olarak, iki tip karbon nanotüp vardır: tek duvarlı karbon nanotüpler ve çok duvarlı karbon nanotüpler.Karbon nanotüp üretimi için en çok kullanılan metotlar ark boşalma, lazer ablasyon ve kimyasal buhar biriktirmedir. Kimyasal buhar biriktirme metodunda, karbon nanotüpler, karbon içeren moleküllerin uygun geçiş metal katalizörü üzerinde ısıl ayrışmasından üretilirler. Kimyasal buhar biriktirme yöntemi, diğer metotlara nazaran ucuz maliyetle yüksek kaliteli karbon nanotüplerin büyük miktarda üretilmesine imkan verir. Karbon nanotüplerin oluşumu ve morfolojileri reaksiyon parametrelerinin ayarlanması ile kontrol edilebilir.Bu çalışmada, Co ve Mo emdirilmiş CaCO3 katalizörler farklı Co:Mo ağırlık oranlarında sentezlenmiş ve farklı sıcaklıklarda kalsine edilmiştir. XRD sonuçları, 500ºC'de kalsine edilmiş katalizörlerde başlıca CaCO3 bileşiği varken, 700 ve 750ºC'de kalsine edilmiş katalizörlerin başlıca, CaO ve Ca(OH)2 bileşiklerinden oluştuğunu göstermiştir. Bunlara ek olarak; CaMoO4, CoO, CoMoO4 ve Mo2C bütün katalizörlerde gözlenmiş diğer başlıca katı fazlarıdır.Karbon nanotüp üretimi, Co-Mo/CaCO3 katalizörleri kullanarak 500-700ºC sıcaklık aralığında, asetilenin kimyasal buhar biriktirilmesiyle yapılmıştır. Üretilen nanotüpler, seyreltik nitrik asit çözeltisi içinde tek aşamalı saflaştırma işlemi ile saflaştırılmıştır.SEM ve TEM sonuçları, sentezlenen malzemelerin, dış yarıçapları 13 nm'den 138 nm'ye değişen, çok duvarlı karbon nanotüpler olduğunu göstermiştir. Çok duvarlı karbon nanotüpler çoğunlukla kapalı uçludur.Karbon nanotüp verimi, katalizör kalsinasyon ve reaksiyon sıcaklıkları ile artmıştır. Co:Mo ağırlık oranındaki artış da daha yüksek karbon nanotüp verimliliğine neden olmuştur. En yüksek karbon nanotüp verimi; 700ºC reaksiyon sıcaklığında, Co:Mo oranı 6 ve kalsinasyon sıcaklığı 750ºC olan katalizör ile elde edilmiştir.Sentez sıcaklığındaki artış ile nanotüp çaplarında bir artış gözlenmiştir. Termal analizler, çok duvarlı karbon nanotüplerin oksidasyon sıcaklığının 700ºC civarında olduğunu ve çok duvarlı karbon nanotüplerin saflığının genelde %96'dan yüksek olduğunu göstermiştir. Öte yandan, Raman spektroskopi sonuçları karbon nanotüplerde yapısal bozuklukların olduğunu göstermiştir.Saflaştırılmış nanotüpler, nitrojen adsorbsiyonu için Tip II izotermi göstermiştir. Saflaştırılan karbon nanotüplerin çok nokta BET yüzey alanları 24,8-89,9 m2/g aralığındadır.
Özet (Çeviri)
Carbon nanotubes (CNTs), allotropes of carbon with a cylindrical nanostructure, are one of the most attractive research subjects for scientists and industry because of their extraordinary chemical, electrical, optical, mechanical and thermal properties, and their wide range of potential application areas. Mainly, there are two types of carbon nanotubes: single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs).The most commonly used methods for carbon nanotube production are arc discharge, laser ablation, and chemical vapor deposition (CVD). In the CVD method, CNTs are produced from thermal decomposition of the carbon-containing molecules on a suitable transition metal catalyst. CVD method enables large scale production of high-quality CNTs with low cost compared to other methods. The growth and morphology of CNTs can be controlled by adjusting the reaction parameters.In this study, Co and Mo impregnated CaCO3 catalysts were synthesized at different Co:Mo weight ratios and calcined at different temperatures. XRD results showed that there was mainly CaCO3 compound in the catalysts calcined at 500ºC whereas the catalysts calcined at 700 and 750 ºC were mainly composed of CaO and Ca(OH)2 compounds. In addition to these, CaMoO4, CoO, CoMoO4 and Mo2C were the other solid phases mainly observed in all catalysts.The production of CNTs was performed by chemical vapor deposition of acetylene at a temperature range of 500-700?C using Co-Mo/CaCO3 catalysts. The synthesized nanotubes were purified with a single-step purification process in diluted nitric acid solution.SEM and TEM results showed that the synthesized materials were multi-walled carbon nanotubes with outer diameter ranging from 13 to 138 nm. MWNTs were mostly closed-end.The CNT yield was increased with an increase in the catalyst calcination and reaction temperatures. The rise in the Co:Mo weight ratio also resulted in higher CNT yields. The highest CNT yield was obtained at a reaction temperature of 700?C using the catalyst with a Co:Mo weight ratio of 6 and a calcination temperature of 750ºC.An increase in nanotube diameters was observed with an increase in synthesis temperature. Thermal analyses revealed that the oxidation temperatures of MWNTs were around 700ºC and the purity of MWNTs was generally higher than 96%. On the other hand, Raman spectroscopy results showed the presence of structural defects in CNTs.Purified MWNTs showed Type II isotherms for nitrogen adsorption. Multi-point BET surface areas of purified nanotubes were in the range of 24.8-89.9 m2/g.
Benzer Tezler
- Düşük yoğunluklu polietilen atıklarından karbon nanotüp eldesi
Carbon nanotube production from waste low density polyethylene
HASRET AKGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜFİDE BANAR
- Sürekli karbon nanotüp üretimi
Continuous carbon nanotube production
İBRAHİM MUTLAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURHANETTİN ÇİÇEK
- Hydrogen and carbon nanotube production via catalytic decomposition of methane
Metanın katalitik ayrışması ile hidrojen ve karbon nanotüp eldesi
CANSU DENİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ
- Investigation of concentration profiles in carbon nanotube production reactor
Karbon nanotüp üretim reaktöründe konsantrasyon profillerinin incelenmesi
MUSTAFA YALIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. ÖNDER ÖZBELGE
- Kimyasal buhar çökeltimi ve buhar fazı sentezi yöntemleri ile karbon nanotüp üretiminin incelenmesi
Investigation of carbon nanotube production by chemical vapor deposition and vapor phase growth methods
FURKAN SOYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURHANETTİN ÇİÇEK