| 초록 |
직경이 0.05 m이고 높이가 1.2 m인 기-고 유동층 반응기에서 Co-Fe 기반의 촉매와 에틸렌을 이용하여 화학 기상 증착법 (Chemical vapor deposition; CVD)으로 높은 선택도의 다중벽 탄소나노튜브 (Multi-walled carbon nanotubes; MWCNTs)를 합성하였다. 반응 초기부터 MWCNTs 응집체의 유동층을 형성시키기 위하여 초기 층 물질로 MWCNTs 와 촉매를 혼합하여 사용하였고 반응 조건에서 기포탑 유동층으로 안정적인 조업을 확인하였다. 반응 온도, 공간 속도, 에틸렌의 분압과 같은 조업 변수들이 MWCNTs의 수율에 주는 영향을 파악하였다. MWCNTs의 수율은 촉매 내 active metal의 질량 대비 합성된 MWCNTs의 질량으로 정의하였다. 반응 온도가 높을수록 MWCNTs의 수율이 증가하지만 임계온도 이상에서는 MWCNTs의 수율이 감소하였다. 본 연구에서는 983 K의 온도에서 51.0 gc/gm의 최대 수율을 얻었다. 공급된 active metal의 질량 대비 탄소의 질량 유속으로 정의되는 공간속도가 증가할수록 MWCNTs의 수율은 증가하다 임계점에서부터 감소한다. MWCNTs의 전환율은 공간속도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보이는데 임계점에서 감소하는 기울기가 증가한다. 본 시스템에서 임계점은 130 hr-1이었다. 에틸렌 분압이 0.35에서 0.67로 증가할수록 수율이 22.7 gc/gm에서 45.0 gc/gm으로 증가하였다. 본 연구에 사용된 시스템에서 0.63 보다 큰 에틸렌 분압 조건에서는 MWCNTs가 정상적으로 합성되지 않았다. |
