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耐火材料酚醛树脂结合剂碳化过程中的过渡金属催化石墨化

2020/9/25 8:48:46      点击:

2007年,通过在惰性气氛下二茂铁催化热解交联酚醛树脂成功合成了多壁碳纳米管(CNTs)。在耐火材料酚醛树脂结合剂碳化过程中原位催化生成CNTs,可以发挥其对含碳耐火材料的强韧作用。催化剂的类型、含量、粒度及热解温度、保温时间等工艺参数对CNTs的生长机制及其产率、长度、直径及结晶度都有重要影响。提出了由催化剂状态决定的两种催化机制:气固(V-S)与气液-固(V-L-S)。为了得到低成本、高活性的催化剂,Wei等[0将商品化的Fe粉球磨为纳米片状Fe,并将其作为催化剂制备纳米片状Fe改性酚醛树脂。实验结果表明,1 000 C生产了结晶度较高.直径50~100 nm.长度微米级的CNTs;随着温度的升高,CNTs产率下降,直径明显降低,1 200 C时生长机制由V-S 变为V-L-S.

以商业硝酸镍作为催化剂先驱体,发展了一种在1 000 C大规模制备平均直径50~60 nm、微米级长度CNTs的方法,并提出了一种称为气固及尖端生长的模型。Wang等以硝酸铁为酚醛树脂热解催化剂,在600 C的较低温度下成功大量制备了CNTs,并提出了气-液-固及尖端成长机制的4阶段模型。Hu等以NiCO,●2H2O纳米纤维为模板与催化剂先驱体,通过酚醛树脂原位催化石墨化制备了碳纳米纤维(CNFs),镶嵌在碳化酚醛树脂中高度结晶的纳米结构保持了NiCO、● 2H2O纳米纤维的形貌,石墨CNFs以溶解-析出的方式生长.

此外,研究了原位生成CNTs对AlO-C与MgOC耐火材料力学性能的影响。与纯酚醛树脂结合Al2O3C耐火材料相比,其室温抗zhe强度.弯曲模量.应力、应变都有很大提高。对于MgOC耐火材料,室温抗压强度.室温抗zhe强度、高温抗zhe强度、剩余室温抗zhe强度的提高幅度分别为25%、44%、24%、30%。制备了木质素磺酸钙改性酚醛树脂,并以硝酸铁为催化剂,在热解碳气孔中制备了CNTs。研究发现,CNTs是直的,而不是夸曲状的,原因可能是无机盐的存在使熔融温度降低.碳纳米管生长阻力减弱,来自不同碳源CNTs生长速度差别减小,不过详细地阐述需要进一步的实验。发现酚醛树脂1 000 C热解产物形貌随保温时间与硝酸铁催化剂含量的变化而变化,制备了纳米碳洋葱与竹状CNTs。