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気相成長炭素繊維の高効率製造のための鉄超微粒子触媒の成長過程の解析

高效生产气相生长碳纤维的超细铁颗粒催化剂生长过程分析

基本信息

批准号：
06750771
负责人：
向井紳
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

気相成長炭素繊維は、炭化水素を含む還元雰囲気下、鉄などの超微粒子触媒を核として成長する。金属超微粒子触媒の活性はその粒径に大きく依存し、気相成長炭素繊維生成には粒径が20〜30nmの粒子が最適である。そこで、この粒径範囲にある超微粒子触媒を効率よく生成する条件を実験、数値計算の両面から求め、繊維を効率よく製造するための指針を得られたので報告する。(1)超微粒子捕集実験:超微粒子触媒を繊維を製造する際に用いる様々な操作条件で、炭素源を流さずに液パルスインジェクション法を用いて発生させ、高温の反応場中で粒子を急冷し、捕集した。捕集した粒子の平均粒径、粒径分布を水素吸着、透過型電子顕微鏡観察で求めた。同じ条件で炭素源(ベンゼン)を流して繊維を製造しその収率を求め、先に求めた粒子径との相関をとると、20〜30nmの粒子数が増えるに従い、繊維の収率も増加することが確認できた。(2)超微粒子成長機構の解析:超微粒子触媒の粒径の成長と分布は、原料となるフェロセンの分解速度と、金属クラスター生成速度、そしてそれらの合一による粒子成長を考慮したpopulation balance式により表現できる。これらの式を用い、高温の反応場での粒子の粒径分布を計算し、20〜30nmの粒子数が最大となる操作条件を求めたところ、実験で求めた条件と一致した。よって、実験、数値計算の両面から繊維を効率よく製造するための条件が明らかになった。このモデルを応用することで、別形状の反応器を用いて繊維を製造する際の操作条件を決定する指針を得ることが可能となった。

Phase growth carbon fiber, carbon water element, iron and ultra-fine particle catalyst The activity of metal ultrafine particles depends on the particle size, phase growth and carbon particle size. The particle size is 20 ~ 30nm. The particle size range of ultrafine particles is determined by the calculation of particle size and particle size. (1)Ultrafine particle capture system: Ultrafine particle catalyst is used for particle quenching and capture in high temperature reaction field, depending on operating conditions, carbon source flow, liquid phase separation method, etc. The average particle size and particle size distribution of the trapped particles were determined by adsorption and transmission electron microscopy. Under the same conditions, the carbon source (s) flow rate, the particle size, the correlation, the particle number of 20 ~ 30nm increase, and the particle size increase are determined. (2)Analysis of ultrafine particle growth mechanism: growth and distribution of ultrafine particle catalyst particle size, decomposition rate of raw material, formation rate of metal particle, and combination of particle growth are considered in population balance equation. The particle size distribution of the particles in the reaction field at high temperature is calculated. The maximum particle number in the range of 20 to 30nm is calculated under the same conditions. The conditions for calculating the value of a variable are as follows: The operating conditions for the production of a reflector of different shapes are determined by the pointer.