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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/1007| Desarrollo de un sistema de plasma atmosférico para la síntesis catalítica de nanomateriales Development of an atmospheric plasma system for catalytic synthesis of nanomaterials | |
| Felipe Ramírez Hernández | |
| Gerardo Soto Herrera | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Ablación laser | |
| Los métodos de producción de nanotubos de carbono (CNT, por sus siglas en inglés) conocidos actualmente son descarga de arco eléctrico, ablación laser, y CVD (por sus siglas en inglés, depósito de vapores producidos por medios químicos). Las primeras dos técnicas han sido desarrolladas solo a nivel laboratorio y las cantidades de producción del material, son aún insuficientes para una real expansión del mercado. Actualmente, solo el método CVD ha probado tener posibilidades de escalamiento a nivel industrial (kilogramos de CNT por día por reactor). El reactor CVD por lecho fluidizado (reactor Wrinkler) se ha utilizado históricamente en reacciones catalíticas en el craqueo de petróleo y actualmente en la producción de materias primas y gas sintético a partir de biomasa. Son varias las ventajas tecnológicas del reactor de lecho fluidizado. Entre las más destacables se encuentran: gradientes homogéneos de temperatura y concentración de reactivos y la capacidad de operación continua. Varios sistemas de plasmas atmosféricos (AP, por sus siglas en inglés) operados a corriente directa (DC) han sido exitosamente aplicados en la síntesis de nanopartículas metálicas y otras nanoestructuras. Un tipo de AP operado a DC, conocido en la jerga técnica como antorcha de plasma se ha utilizado para sintetizar CNT de pocas paredes partiendo de precursores en fase gas. Este trabajo se presenta como el desarrollo de una tecnología para la producción escalable de CNT de pocas paredes (FWCNT). Se produjeron CNT por medio de una nueva propuesta de síntesis catalítica que acopla un reactor CVD por lecho fluidizado a una antorcha de plasma comercial. Con el fin de extrapolar la síntesis tradicional CVD de CNT por lotes y con sustratos lisos a una síntesis semi-continua y escalable, sobre soportes micro esféricos de aluminosilicatos (Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 93.7%-SiO<sub>2</sub> 6.3%), los cuales fueron usados como lecho catalítico. Se probaron precursores en aerosol y fase gas. Los resultados muestran que el AP reduce el tamaño de las partículas de catalizador (Fe) lo que promovió el crecimiento de CNT de pocas paredes, así como CNT enramados, bajo ciertas condiciones. Un procedimiento de purificación con calor establecido en el reactor reduce un porcentaje considerable (entre 15-25 %) de las impurezas generadas durante la síntesis. The currently known methods for carbon nanotube (CNT) synthesis are electric arc discharge, laser ablation, and CVD (Chemical vapor deposition). The first two techniques have been developed only at laboratory scale but the material production is still insufficient for real market expansion. Until now, only the CVD method has proved to have potential for scaling to industrial level (kg. of CNT per day per reactor). The fluidized bed CVD reactor (Wrinkler reactor) has historically been used in catalytic cracking reactions in oil andnowadays in raw material and synthetic gas production from biomass. There are several technological advantages of the fluidized bed reactor. Among others, the most notable are: homogeneous temperature gradient and reagent concentration, and the capability for continuous operation. Several systems of atmospheric plasmas (AP) operated at direct current (DC) have been successfully applied in the synthesis of metal nanoparticles and other nanostructures. A kind of DC operated AP, known in technical jargon as a plasma torch, has been used to synthesize few-walled CNT starting from gas phase precursors. This work is presented as the development of a technology for mass production of few- walled CNT (FWCNT). CNT were synthesized by a new proposal of catalytic CVD synthesis that combines a fluidized bed reactor coupled to a commercial plasma torch. CNT were successfully grown on micro spherical aluminosilicate (Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 93.7%-SiO<sub>2</sub> 6.3%) supports used as the catalyst bed and experiencing with aerosol and gas phase reactants. The results shows that the AP reduces the catalyst particle size which may promote the growth of fewwalled CNT and, under certain conditions, branched CNT. A stablished heat purifying procedure lowers a considerable percentage (about 15-25 %) of impurities generated during the synthesis. | |
| CICESE | |
| 2016 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Ramírez Hernández, F.2016.Desarrollo de un sistema de plasma atmosférico para la síntesis catalítica de nanomateriales.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.94 pp. | |
| OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Física de Materiales |
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