ساخت نانوساختارهاي كربني آمورف از زغالسنگ به روش سنتز شيميايي فاز جامد

Synthesis of Amorphous Carbon Nanostructures from Coal by Chemical Solid Synthesis Method

توليد نانوساختارهاي خاص از واحدهاي حلقوي كربن در زغال سنگ، آن را به عنوان يك منبع كربني مناسب در سال هاي اخير مورد توجه قرار داده است. با بررسي شرايط توليد مستقيم در فاز جامد كه براي نخستين بار در اين مطالعه انجام شده است، مي‌توان مسير فرآيندهاي پيروليز و كربوناسيون را به سمت توليد نانوساختارهاي كربني تغيير داد. در اين مطالعه، نانولوله‌هاي كربني آمورف حفره‌دار و نانوميله‌ها از كربونيزه كردن هم‌زمان و مستقيم زغال‌سنگ بيتومينوس در حضور 7 درصد وزني از كاتاليزور‌هاي فروسن و نانوذرات مگنتيت توليد شد. دما و مدت زمان كربوناسيون به ترتيب ºC800 و 60 دقيقه مي‌باشد. نانولوله‌هاي كربني آمورف با قطر خارجي 50 تا 200 نانومتر و ديواره 1 تا 2 نانومتر در حضور فروسن به عنوان كاتاليزور توليد شد، در حالي كه نانوذرات مگنتيت با قطر 70-50 نانومتر منجر به ساخت نانوميله‌ها با ميانگين قطر بيروني 80 نانومتر و در حد اندازه نانوذرات كاتاليزور شد. نمونه‌ها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري و پراش اشعه ايكس آناليز شدند. نتايج نشان مي‌دهد كه نانوذرات آهن ناشي از تجزيه فروسن و نانوذرات مگنتيت در دماي ºC800 منجر به رشد نانوساختارهاي كربني مي‌شود.

The coal has been considered as a suitable carbon source in recent years because the specific nanostructures have been synthesized from carbon cyclic fragments in it. The Synthesis condition in the solid phase was studied for the first time and it can be shifted the path of pyrolysis and carbonization processes to carbon nanostructures synthesis. In this study, amorphous porous carbon nanotubes and nanorods are synthesized by using direct co-carbonization of bituminous coal in the presence of 7% by weight of catalyst at 800°C. The temperature and duration of carbonization are 800°C and 60 minutes, respectively. By using of Ferrocene as a catalyst, amorphous carbon nanotubes (inner diameter: 50-200nm and thickness: 1-2 nm) are synthesized, while the magnetite nanoparticles with a diameter of 50-70nm result in the formation of nanorods with an average outer diameter of 80 nm as same as the diameters of catalyst nanoparticles. The samples have been analyzed by Scanning and Transmission electron microscopy and X-ray diffraction. The results show that iron nanoparticles due to Ferrocene and magnetite nanoparticles at 800°C lead to the growth of carbon nanostructures.