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流化床化学气相沉积(FB-CVD)技术制备CNTs具有反应温度较低、反应过程易控和易于实现规模化生产等特点而被认为是最具发展潜力的技术路线。目前国内外研究者采用FB-CVD法研究CNTs生长特性所使用的反应器结构与尺寸差异大,获得的研究结果常有一定的差异。微型流化床(MFB)具有高效传热、传质,易于实现等温反应、气-固均匀反应以及流化状态可控等特点,用作生物质、燃煤等高温热解反应分析的反应器备受关注。因此,利用MFB-CVD反应器研究CNTs生长特性及最佳生长条件可为FB-CVD技术规模化生产CNTs提供重要的依据。 FB-CVD法合成CNTs最重要的三个条件是:催化剂、碳源以及适宜的温度。本文将使用MFB-CVD反应器,以Fe、Ni以及Fe-Ni分别为催化剂,MgO为载体,CH4与C2H2分别为碳源研究不同温度条件下生长CNTs的形貌、质量、产率及化学反应机理,并进一步研究了Fe-Ni催化分解C2H2沉积CNTs的反应动力学,研究表明: (1)CH4分子结构稳定,作为碳源时,Fe生长CNTs的温度需大于700℃,Fe-Ni生长CNTs无定形碳含量较多,仅Ni在温度为500~550℃时,可制备管径均匀、无定形碳少、质量好的CNTs。不足的是Ni在500~550℃时催化分解CH4的转化率较低; (2)C2H2分子活性比CH4强,作为碳源时,Fe生长CNTs的产率较低,Ni生长CNTs的产率相对Fe较高,但二者均不如Fe-Ni生长CNTs的产率高和质量好。550℃为充分激发Fe-Ni催化剂活性的适宜温度。Fe-Ni/MgO催化分解C2H2沉积CNTs为1级反应,反应活化能为74.63kJ/mol; (3)Fe、Ni与Fe-Ni催化剂的活性依次增强。Fe-CNTs、Ni-CNTs和FeNi-CNTs生长分别遵循顶部生长、底部生长以及顶部-底部生长机理,其中FeNi-CNTs中遵循FexC和NixC独立方式生长CNTs。Fe-Ni双金属作催化剂,C2H2为碳源,温度为550℃的反应条件有望实现FB-CVD技术大批量、高效制备高纯度和高质量的CNTs。