Skip to main content
SUPERVISOR
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما) مهران غیاثی (استاد راهنما) علیمراد رشیدی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Narges Mohammadian
نرگس محمدیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Synthesis and Investigation of Carbon Nanotubes as an Ignition Agent
Carbon nanotubes (CNTs) attracted a lot of attention because of their unique structures and special properties. Since their discovery, different production methods have been introduced to synthesize CNTs. The main goal is to obtain a synthesis method which be economical, high quality productions, controllable and capacity to product carbon nanotubes in large scale. In this thesis, floating catalyst chemical vapor deposition was used because of lots of its advantages like the ability to use in industries, synthesis unmixed carbon nanotubes and control the kind of CNTs by controlling synthesis parameters. Xylene, ferrocene, thiophenethe tests, catalyst concentration, temperature and carriergas flow was selected as the main parameters and in the 1-6 wt% , 800-1200 , hydrogen concentration and flow of hydrogen ga on the quality of synthesized carbon nanotubes is increasing – reduction. Also, optimal operation conditions is in the area between of defined ranges. Mathematical models of carbon nanotubes quality as a second degree of relationship of the three factors was obtained. Comparison of model results and experimental data reveal that the model can predicate the system behavior well and the only parameters which are unsignificant in the model is the interaction between terms. By using model and design expert7 software, optimal points of synthesis parameters are achieved in catalyst concentration 3.79wt%, temperature 976?C and flow of hydrogen 184 ml / min. In order to obtain the reduction of core growth agglomeration, in the nanotube synthesis stage and optimum conditions, thiophene was used to prevent agglometate cores by space prevented. since the high concentration of sulfur causes toxic catalyst, therefore in optimal conditions of temperature, concentration and flow, several experiments with different concentration of thiophene was done and Thermo Gravimetric Analysis(TGA) reveal that the best amount of thiophene concentration is 2.5wt%. The second part of this thesis is related to a novel ignition method that uses a single exposure of an ordinary camera flash and SWCNTs to ignite various fuels. The effects of the iron (Fe) nanoparticles (embedded in the SWCNTs) concentration and the frequency of flash light on the ignition process have been studied by design expert7 software and central composite design (CCD). The region of Independent parameters of 10-50wt% and 1-5Hz were seleted. The results reveal that in high concentration of iron impurity and low frequency carbon nanotubes were more oxidized. Mathematical model of carbon nanotubes quality as a second degree of relationship of the three factors was obtained. Comparison of model results and experimental data reveal that the model can predict the system behavior well.
نرم افزار آماری طراحی آزمایش7Design expert و روش رویه پاسخ مرکب مرکزی استفاده شد. با توجه به ثابت بودن قطر لوله راکتور مورد استفاده در طول آزمایشات، غلظت کاتالیست در محدوده 6- 1 درصد جرمی ، دما C? 1200-800 و جریان گاز حامل cc/min280-160انتخاب شدند. طراحی آزمایش در پنج سطح و با توجه به محدوده های تعریف شده برای هر یک از پارامترها صورت گرفت. نتایج بدست آمده از آنالیز رامان نمونه های سنتز شده، نشان دادند که تاثیر افزایش دما، غلظت و دبی هیدروژن بر کیفیت نانولوله های سنتز شده بصورت افزایشی-کاهشی بوده و بنابراین شرایط عملیات بهینه در ناحیه ای مابین محدوده های تعریف شده است. مدل ریاضی کیفیت نانولوله های کربنی به صورت رابطه درجه دومی از 3 فاکتور اشاره شده، بدست آمد. نتایج حاصل از مقایسه مدل و داده های تجربی حاکی از آن است که مدل با دقت خوبی رفتار سیستم را پیش بینی می کند و تنها ترم های برهمکنش بین پارامترها اثر مهمی بر کیفیت نانولوله های ستز شده ندارند. با استفاده از مدل تعریف شده و نرم افزار آماری نقطه بهینه بصورت غلظت کاتالیست wt%79/3، دما C?976 و جریان هیدروژن cc/min 184 بدست آمد که با مشاهدات تجربی تطابق کامل را داشت. به منظور کاستن احتمال توده ای شدن هسته های رشد، در مرحله سنتز نانولوله در شرایط بهینه ای که مدل تعیین کرد از تیوفن استفاده شد که به سبب ایجاد ممانعت فضایی مابین هسته های رشد احتمال چسبیدن آن ها تا حد زیادی کاهش یافت. اما از آنجا که استفاده از غلظت های بالای گوگرد باعث مسمومیت کاتالیست می گردد، در شرایط بهینه دما،غلظت و جریان، چندین آزمایش با غلظت های متفاوت از تیوفن انجام شده و از طریق آنالیز جرمی حرارتی درصد جرمی 5/2به عنوان غلظت مناسب تیوفن گزارش شد. در بخش دوم این پایان نامه به بررسی میزان حساسیت نانولوله های تک دیواره خالص سازی نشده در برابر نور متمرکز پرداخته شد. در این قسمت نیز برای بررسی دقیق تر رفتار نانولوله ها، از نرم افزار 7Design expert و روش رویه پاسخ مرکب مرکزی استفاده شد. پارامترهای مستقل این آزمایش درصد ناخالصی آهن موجود در نانولوله کربنی در محدوده wt%50-10 و فرکانس نور ساطع شده Hz 5-1 انتخاب و آزمایشات در سه سطح طراحی شدند. با توجه به نتایج بدست آمده مشاهده شد که نانولوله ها در حالتی که مقدار ناخالصی آهن بیشتری داشته و همچنین در معرض نور با فرکانس پایین تری قرار می گیرد به میزان بیشتر از خود واکنش نشان داده و اکسید یا محترق می شوند. مدل ریاضی غلظت دی اکسید کربن تولید شده در اثر احتراق نانولوله ها به صورت رابطه درجه دومی حاصل شد. نتایج حاصل از مقایسه مدل و داده های تجربی حاکی از آن است که مدل با دقت خوبی رفتار سیستم را پیش بینی می کند و بهترین شرایط احتراق را برای نانولوله ها با درصد ناخالصی 50 و در برابر فرکانس نزدیک به 2 بدست آورد که منطبق بر داده تجربی حاصل از آزمایش بود. واژگان کلیدی : نانولوله های کربنی، رسوب دهی بخار شیمیایی، شناورسازی کاتالیست، فروسن، احتراق نانولوله های، نور فلش، مدلسازی ریاضی، رویه پاسخ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی