SIMULACIÓNDECONDICIONESDESINTESISPORCVDDENANOTUBOSDECARBONOY

ANÁLISISDESUSPROPIEDADES

A.  Gomez Sanchez L. Domratcheva Lvova

V. Lopez Garza L. García González P. González García

F. G. Granados Martíneza N. Flores Ramirez

UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGO

Resumen

EsteestudioilustralaaplicacióndeCFD,uElizandoelsoGwareANSYSCFX,paraelanálisisdelascondicionesdesíntesis,enunreactordedeposiciónquímicadevaporparalaproduccióndenanotubosdecarbono,concambiosdetemperaturayparacambiosdeflujo.ConestascondicionesdesíntesisdentrodelreactorseanalizaronlasvariacionesdeflujoyconcentraciónvolumétricadereacEvodentrodelasparedesdelreactor,dondeocurrelareacciónquímicayelcrecimientodelosnanotubosdecarbono.

Introducción

•  LosCNTsehanconverEdoenunodelosmaterialesmásestudiadosysonresponsablesdelarevoluciónnanotecnológica.UnasoluciónanalíEcasecomplicaconelincrementodelavariablesacontrolarduranteelprocesoenlaproduccióndelosCNTporCVD,portalmoEvoserecureamétodosnúmerosjuntoconrecursoscomputacionalesparadarsolucionesaproximadasalascondicionesdeoperacióndelreactor.

•  EsteestudioilustralaaplicacióndeCFDparaloscambiosdetemperatura800,850y900°Cydeflujo50,80y110ml/min,paralaproduccióndeCNTenunreactordeCVD.

Tiempo 1hr.

Temperatura 800,850y900°C

Flujo(argón) 50, 75 y 100 ml/min

Ferroceno 500mg

Benceno 200ml

Metodología

Seresuelvenuméricamenteparunflujoturbulentok-εcontransferenciadecalor,aparErdeunasolucióndebenceno/argónenelreactor.AtravésdeANSYSCFX,seobEenenlosperfilesdevelocidadyconcentracionesenvolumendereacEvo,dondesepuedeobservarqueenlasparedesdelreactorseproducenlasreaccionesquímicasyelcrecimientodelosCNT,enrelaciónconloscambiosdetemperaturaydeflujoenunreactordeCVD.LosCNTobtenidosseanalizaronconmicroscopioelectrónicodebarrido(SEM),quemuestralasdimensionesylaestructuradelasCNTobtenidas,asícomosusimpurezas.

Resultados

SeobtuvoelperfildevelocidadylasconcentracionesdereacEvo(benzeno),mientrasqueenestudiosposterioressesimularalasíntesisquímicaenANSYSFLUENT.LoanteriorproporcionarálascondicionesenqueseproduceelprocesoylaopEmizaciónenlaproduccióndeCNTenlosensayosexperimentales.Enlasfigurassiguientesseobservaeltubodentrodelreactoryloscambiosdevelocidadyconcentracionesdebenzenoenlapareddeltubo.

•  LainfluenciadelavelocidadsuperficialenelsegundohornoEeneunarelaciónconlapurezadelosCNT.Conunamayorvelocidadsuperficialhaymejoresresultadoscongruposdenanotubosdecarbonoalineados.

•  Losresultadosobtenidosporsimulaciónfueroncomparadosconlosresultadosexperimentales.Semuestraqueatemperaturasmayoresseproducenmásimpurezas.Mientrastanto,aflujosmenoreslaconcentracióndebencenodisminuyefigura27yseobservaunamenorcanEdaddeCNTs.

Conclusiones

•  LalongitudobservadadelosCNTsesde70-412µmcondiámetrode15-133nm.

•  ElmayorporcentajedeCNT(≈90%)seobtuvoconunavelocidaddeflujode80ml/minytemperaturade850°C.

•  Elmodelodesimulaciónseobtuvoqueamayortemperaturaincrementalafracciónvolumétricadebenceno,porlotantolafuentedecarbonoyelcrecimientodenanotubos,peroenlosexperimentossucedelocontrariodebidoaqueelcatalizadordejadereaccionaratemperaturassuperioresa850|CportalmoEvoseEeneunmáximoaportedebencenoperoporelotroladoelferroncenodejadereaccionar.

•  Losbeneficiosenlasimulaciónayudoacompararlosresultadosexperimentalesyobservarelcomportamientodentrodelreactor,asícomopredecirelrendimientoylasvariablesópEmasdetemperaturayflujoparaelcrecimientodenanotubosdecarbonopordeposiciónquímicadevapor.EstoesunpasopreviopararealizarunestudiodesimulaciónenANSYSFLUENTparalasíntesisquímica.

•  Agradecimientos:EstetrabajofueapoyadoporlaCoordinacióndelaInvesEgaciónCienoficadelaUniversidadMichoacanadeSanNicolásdeHidalgo(CIC-UMSNH)ylasredesdecolaboraciónproyectosPROMEP(SEP),México.

GRACIASPORSUATENCION