Síntesis de nanotubos de carbono por pirólisis de alfa-pineno: modelado matemático y validación experimental

Abstract

The objective of this work was done and experimentally validate a mathematical model for the production of carbon nanotubes (NTC) more efficient. The synthesis of the CNTs was carried out by spray pyrolysis method of varying the carrier gas flow of 2.5 lpm 7.5 lpm maintaining constant catalyst concentration and reaction temperature. The materials were characterized by thermogravimetric (TGA) and scanning electron microscopy (SEM) analysis. The mathematical model was developed by the classic application of mass and energy balance in a tubular reactor and solved using the Cranck-Nicholson method, which is appropriate when partial differential equations (PDE) are presented quadratic. The variables used in the synthesis are grouped into dimensionless numbers to physically characterize the mathematical model. The mathematical model predicts the thickness of the layer of NTC formed by the spray pyrolysis method using alpha-pinene as carbon botanical source. The NTC multilayer are formed.

El objetivo de este trabajo fue realizar y validar de manera experimental un modelo matemático para hacer más eficiente la producción de nanotubos de carbono (NTC). La síntesis de los NTC se llevó a cabo mediante el método de spray pirólisis variando los flujos del gas acarreador de 2.5 lpm a 7.5 lpm, manteniendo constante la concentración de catalizador y la temperatura de reacción. Los materiales obtenidos se caracterizaron mediante Análisis Termogravimétrico (TGA) y Microscopia Electrónica de Barrido (MEB). El modelo matemático fue desarrollado mediante la aplicación clásica de balance de masa y energía en un reactor tubular y resuelto utilizando el método de Cranck-Nicholson, el cual es el adecuado cuando se presentan ecuaciones diferenciales parciales (EDP) cuadráticas. Las variables que se utilizan en la síntesis son agrupadas en números adimensionales a fin de caracterizar físicamente al modelo matemático. El modelo matemático predice el espesor de la capa de los NTC formados mediante el método de Spray pirólisis utilizando alfa-pineno como fuente botánica de carbono. Los NTC formados son de capa múltiple.