预混火焰合成碳纳米管的实验研究及燃烧过程数值模拟

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1、万方数据预混火焰合成碳纳米管的实验研究及燃烧过程数值模拟PremixedFlameSynthesisofCarbonNanotubesandNumericalSimulationofCombustionProcess江苏大学2014年12月万方数据独创。胜声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做

2、出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文懈獬：伽岈少f-年D月谚日万方数据学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社

3、将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密彳。学位论文作者签名：铡弘J悔f上月t譬日指导教师签名：和7耷加彤年／．2月国同万方数据江苏大学硕士学位论文摘要碳纳米管(cNTs)具有独特的分子结构，力学性能，电磁性能，热学性能和储氢性能优异，在各个领域的应用十分广泛。目前，合成碳纳米管的方法有：石墨电弧法、激光蒸发法、化学气相沉积法等，然而，这些方法的合成，设备复杂，工艺标准要求高，使得合成的碳纳米管质量、产量、纯度

4、等都比较低，无法大规模满足工业应用和实际需要。火焰法利用碳氧化合物燃烧，一方面提供足够的热源，另一方面提供碳源，并通过催化剂的作用生成出碳纳米管，采用火焰法合成碳纳米管投入成本低、装置简单、合成条件简便、反应快速，有望实现碳纳米管的大规模生产。所以，开展火焰合成碳纳米管的研究具有重要的学术价值和应用价值。在介绍和分析国内外相关研究动态的基础上，采用乙炔300sccm、甲烷30seem、氮气1570seem、空气1100sccm进行预混燃烧合成碳纳米管的实验研究。论文首先利用反应动力学仿真分析软件CHEM

5、KIN对混合气体乙炔／甲烷／氮气／空气预混燃烧过程进行数值计算，模拟了燃烧过程中沿火焰中心轴方向上的温度分布，与实验测量数据进行对比，验证了模拟对象的合理性；通过综合分析主要反应物、中间组分、生成物的摩尔浓度变化情况，判定得到了能够合成出碳纳米管的火焰区域为15～20mm，并通过实验验证，将涂覆0．1mol／L、1．0mol／L硝酸镍的铜基板插入火焰高度16mm处，取样时间5分钟，成功合成了品质较好的碳纳米管，证明了数值模拟预判合成碳纳米管区域的准确性，提高了实验效率和成功率，对实验研究起到了很好的指导

6、和促进作用。实验中，研究了乙炔和甲烷作为燃料对合成碳纳米管的影响，分析了涂覆不同浓度的硝酸镍、硝酸铁作为催化剂以及不同基板对合成碳纳米管的影响。研究表明，添加甲烷有助于降低乙炔的消耗速率，提高催化剂的催化活性，同时也抑制了碳黑的形成，为碳纳米管生长提供了适宜的环境：涂覆0．01mol／L、O．1mol／L、1．0m01／L硝酸铁作为催化剂只能合成出碳纳米纤维等物质而没有发现碳纳米管的生成；硝酸镍浓度为0．1mol／L和1．0mol／L时能合成彤态和结构都较理想的碳纳米管；含镍催化剂可以促进碳纳米管的生成

7、，在选择不同基板进行合成实验时，采用含镍8％～11％左右的304不锈钢网作为基板和催化剂，也成功合成出了碳纳米管。万方数据预混火焰合威麟纳米管的实验研究及燃烧过程数值模拟本论文分析得出了影响碳纳米管生成的相关因素及其影响规律，优化了乙炔和甲烷作为燃料开展火焰法合成碳纳米管的实现方法和条件，为碳纳米管的宏量及高质量制备提供了理论基础和技术原型。关键词：混合气体，预混燃烧，火焰合成，碳纳米管，数值模拟万方数据江苏大学硕士学位论文ABSTRACTCarbonnanotubeshaveuniquephysica

8、landchemicalproperties，suchasmolecularstucture，mechanicalproperty,electromagneticperformance，thermalpropertyandexcellentperformanceofhydrogenstorage，ithasbroadapplicationprospectsinmanyareas．Avarietyoftechniqueshavebeendev