ویکی‌پدیا

پیش‌نویس:کربن رشته ای

کربن رشته‌ای یک ساختار رسوبی حاوی کربن است که به چندین آلوتروپ کربن از جملهنانولوله‌های کربنی، نانوالیاف کربنی و میکروکویل‌ها اشاره دارد.[۱][۲]از ترکیبات کربن گازی تشکیل می شود.ساختارهای کربن رشته ای همگی حاوی ذرات فلزی هستند. اینها یا آهن، کبالت، یا نیکل یا آلیاژهای آنها هستند. رسوبات آن نیز به طور قابل توجهی متاناسیون گاز سنتز را مختل می کند. استیلن در تعدادی از روش های تولید کربن رشته ای نقش دارد. ساختارهای کربن رشته ای مزو متخلخل و از نظر ابعاد در مقیاس میکرومتر هستند. بیشتر واکنش هایی که ساختارها را تشکیل می دهند در دمای 280 درجه سانتی گراد (536 درجه فارنهایت) یا بالاتر از آن انجام می شود.


از کاربردهای کربن رشته ای می توان به پاکسازی نشت نفت خام و ایجاد کامپوزیت های قوی و سبک وزن اشاره کرد. کربن رشته ای همچنین دارای خواص ترمودینامیکی قابل توجهی با گرافیت، شکل دیگری از کربن است. با این حال، کربن رشته ای تا حدی از صفحات گرافیت تشکیل شده است.

ویژگیها ویرایش

ساختارهای کربن رشته ای معمولاً بین 10 تا 500 نانومتر قطر دارند. آنها معمولاً 10000 نانومتر (10 میکرومتر) طول دارند. ساختار دوبلکس دارند. بیرون سازه ها به سختی اکسید می شوند، اما هسته راحت تر اکسید می شود. یک ذره فلزی معمولاً در انتهای در حال رشد سازه قرار دارد، اگرچه گاهی اوقات به جای آن در وسط آن یافت می شود. همچنین، گاهی اوقات بیش از یک رشته می تواند از یک ذره فلزی رشد کند. کربن رشته ای یا مارپیچ، مستقیم یا پیچ خورده است. این شامل لایه های گرافیتی به شکل مخروطی است.صفحات گرافیتی که نزدیک به سطح مشترک بین کربن و اتم نیکل در رشته قرار دارند با سطح مشترک موازی هستند. رشته ها همچنین می توانند توخالی باشند.[۳]


کربن رشته ای دارای خواص ترمودینامیکی است که با گرافیت متفاوت است. این تا حدی به دلیل این واقعیت است که ساختار کربن رشته ای بیش از ساختار گرافیت بی نظم است. تئوری های دیگر در مورد تفاوت در خواص عبارتند از این که انحراف بر اساس تشکیل فاز میانی کاربید است. این نظریه توسط De Bokx و همکاران ارائه شده است. و منینگ و همکاران.. با این حال، بعید است که اتم فلز مرکزی نیکل باشد زیرا در این حالت، از آنجایی که کاربیدها در دمای 350 درجه سانتیگراد (662 درجه فارنهایت) تجزیه می شوند و تشکیل کاربیدها در طول چنین واکنشی مشاهده نشد.[۲]

تفاوت بین حلالیت های فلز و کربن رشته ای باعث انتشار کربن نیز می شود.[۲] هنگامی که آلوتروپ در یک واکنش گازی شدن زیر 600 درجه سانتیگراد (1112 درجه فارنهایت) شرکت می کند، انرژی فعال سازی واکنش تقریباً 178 کیلوژول در هر مول است.

کربن رشته ای مزو متخلخل است و خواص بافتی غیرمعمولی دارد.[۴] همچنین دارای خواص پارامغناطیس است[۵] همچنین از استحکام مکانیکی بالایی برخوردار است.[۶]


ذرات نیکل واقع در کربن رشته ای که در گاز متان و هیدروژن بین 490 درجه سانتیگراد (914 درجه فارنهایت) و 590 درجه سانتیگراد (1094 درجه فارنهایت) رشد می کند، در انتهای بالاتر محدوده دما به شکل گلابی هستند. در دماهای بالاتر، ذرات فلز تغییر شکل می دهند. طول ساختار مخروطی رشته ها نیز با افزایش دما افزایش می یابد. هنگامی که یک کاتالیزور مس و سیلیس در دمای 927 درجه سانتیگراد (1701 درجه فارنهایت) در معرض متان و هیدروژن قرار می گیرد، ساختارهای کربنی رشته ای توخالی و دراز تشکیل می شود و اینها همچنین حاوی قطرات فلز هستند.[۷]

خواص بیولوژیکی ویرایش

هنگامی که آنزیم گلوکوآمیلاز روی سطح سرامیکی پوشیده شده با کربن رشته ای قرار می گیرد، پایداری آنزیم به شدت افزایش می یابد.

وقوع ویرایش

کربن رشته ای معمولاً روی فلزات از جمله آهن، کبالت و نیکل تشکیل می شود.هیدروژن نیز برای تشکیل کربن رشته ای مورد نیاز است.[۷] با این حال، آنها همچنین بر روی آلیاژهای این فلزات تشکیل می شوند.[۴] آهن ماده بهتری برای تشکیل کربن رشته ای نسبت به نیکل است.[۶] به عنوان مثال، در حضور متانول، در فشار 7 کیلو پاسکال و دمای 500 درجه سانتی گراد (932 درجه فارنهایت)، کربن رشته‌ای روی آهن رشد می‌کند، اما روی نیکل رشد نمی‌کند.[۶] تشکیل مواد روی آن فلزات معمولاً در دمای بین 327 درجه سانتی گراد (621 درجه فارنهایت) و 1027 درجه سانتی گراد (1881 درجه فارنهایت) رخ می دهد..[۱] همچنین زمانی تشکیل می شود که کروم به عنوان کاتالیزور برای تجزیه استیلن استفاده شود.[۸] کربن رشته‌ای نیز یکی از هفت آلوتروپ کربن است که در طی تشکیل کک روی لوله‌های راکتور و کاتالیزورها تشکیل می‌شود. آلوتروپ توانایی تخریب ساختارهای پشتیبانی کاتالیزور را دارد و در نتیجه راکتورها را مسدود می کند. همچنین در طول اصلاح جریان، همراه با انواع دیگر کربن تشکیل می شود.[۲]

سنتز ویرایش

کربن رشته ای را می توان با شکستن متان نیز سنتز کرد. سپس محصول توسط هیدروژن تبدیل به گاز می شود. در آزمایشی که این موضوع را کشف کرد، از یک ذره نیکل به عنوان ذره فلزی رشته استفاده شد. رشته در "سمت حمایت" ذره نیکل رسوب می کند.[۲]


هنگامی که استیلن بر روی لایه های پالادیوم و دی اکسید سیلیکون تجزیه می شود، کربن رشته ای نیز می تواند تشکیل شود. با این حال، اگر لایه‌های پالادیوم و دی‌اکسید سیلیکون از قبل با هیدروژن در دمای 597 درجه سانتی‌گراد (1107 درجه فارنهایت) گرم شوند، کربن رشته‌ای تشکیل نمی‌شود. این به این دلیل است که در آن شرایط، پالادیوم و دی اکسید سیلیکون واکنش می دهند و سیلیسید پالادیوم را تشکیل می دهند. آهن و دی اکسید سیلیکون با هم به عنوان یک کاتالیزور برای تشکیل ساختارها عمل می کنند. گاهی در طی این واکنش سیلیکات آهن تشکیل می شود.[۹]


آزمایش دیگری نشان داد که وقتی مونوکسید کربن نسبت به اکسید کبالتوزیک نامتناسب می‌شود، کربن رشته‌ای تشکیل می‌شود. در این آزمایش، یک مخلوط گاز کربوردار گرم شده روی اکسید کبالتوزیک پودر فرستاده شد. کربن رشته ای رسوب اصلی است که از این واکنش در دمای 600 درجه سانتیگراد (1112 درجه فارنهایت) تشکیل می شود.

هنگامی که کلروبنزن روی نیکل و سیلیس هیدرودکلره می شود، ساختارهای بسیار منظمی از کربن رشته ای تشکیل می شود. هنگامی که پتاسیم و برم وجود دارد، این واکنش می تواند در دمای پایین 280 درجه سانتیگراد (536 درجه فارنهایت) رخ دهد. این به این دلیل است که پتاسیم و برم به بازسازی مکان‌های فعال کمک می‌کنند، بنابراین باعث جذب شیمیایی مخرب واکنش‌دهنده و همچنین تشکیل رسوب کربن می‌شوند. افزودن هیدروکسید پتاسیم به مخلوط نیکل و سیلیس در واکنش، تغییر کمی در بازده واکنش ایجاد کرد. با این حال، افزودن بروماید پتاسیم به طور قابل توجهی باعث افزایش عملکرد شد.[۱۰] سایر برمیدهای فلز قلیایی نیز اجازه می دهند تا واکنش و تشکیل کربن رشته ای رخ دهد. از جمله برومیدهای فلز قلیایی می توان به برومید سزیم اشاره کرد.[۱۱]


کربن رشته ای همچنین می تواند با تجزیه کاربید کروم در 100 تا 200 مگا پاسکال و 350 درجه سانتی گراد (662 درجه فارنهایت) تا 800 درجه سانتی گراد (1470 درجه فارنهایت) سنتز شود.[۱۲] همچنین با کاتالیزور کبالت و فسفات آلومینیوم در 2 مگا پاسکال و 220 درجه سانتیگراد (428 درجه فارنهایت) تا 240 درجه سانتیگراد (464 درجه فارنهایت) تشکیل شده است. وجود روتنیم در این واکنش باعث کاهش بازده کربن رشته ای می شود.[۱۳]


کاربردها ویرایش

کربن رشته ای برای پاکسازی نشت نفت استفاده شده است. این کار با اتصال رشته ها به نفت خام انجام می شود.[۱۴] همچنین در مواد کامپوزیتی سبک که باید در دماهای بالا استحکام داشته باشند استفاده می شود.[۱۵]

تاریخچه ویرایش

رشته ای حداقل از سال 1890 شناخته شده است، زمانی که P. و L. Schützenberger آن را هنگام عبور سیانوژن از روی چینی داغ مشاهده کردند. در دهه 1950 کشف شد که این رشته ها می توانند از واکنش گازهایی مانند هیدروکربن ها با فلزاتی مانند آهن، کبالت و نیکل تولید شوند. اولین میکروگراف الکترونی از نسخه های لوله ای رشته ها در سال 1952 ظاهر شد. بین دهه 1970 و 1990، کربن رشته ای موضوع تعدادی از تلاش های تحقیقاتی بوده است. این مطالعات شامل مطالعات خواص ترمودینامیکی تشکیل آلوتروپ بود.[۲]مهم‌ترین مطالعه‌ای که در آن زمان انجام شد توسط تری بیکر در دهه 1970 انجام شد و مربوط به جلوگیری از رشد کربن رشته‌ای در داخل لوله‌های خنک‌کننده راکتورهای هسته‌ای بود.




جستارهای وابسته ویرایش

مرجع ویرایش

  1. ↑ ۱٫۰ ۱٫۱ {{cite book}}: Empty citation (help)
  2. ↑ ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ ۲٫۳ ۲٫۴ ۲٫۵ Snoeck, J.-W.; Froment, G. F.; Fowles, M. (1997). "Filamentous Carbon Formation and Gasification: Thermodynamics, Driving Force, Nucleation, and Steady-State Growth". Journal of Catalysis. 169 (1): 240–9. doi:10.1006/jcat.1997.1634.
  3. ↑ Li, Xiaonian; Zhang, Yi; Smith, Kevin J. (2004). "Metal–support interaction effects on the growth of filamentous carbon over Co/SiO2 catalysts". Applied Catalysis A: General. 264 (1): 81–91. doi:10.1016/j.apcata.2003.12.031.
  4. ↑ ۴٫۰ ۴٫۱ Reshetenko, T. V.; Avdeeva, L. B.; Ismagilov, Z. R.; Pushkarev, V. V.; Cherepanova, S. V.; Chuvilin, A. L.; Likholobov, V. A. (2003). "Catalytic filamentous carbon". Carbon. 41 (8): 1605–15. doi:10.1016/S0008-6223(03)00115-5.
  5. ↑ Romanenko, Konstantin V.; d’Espinose De La Caillerie, Jean-Baptiste; Fraissard, Jacques; Reshetenko, Tatyana V.; Lapina, Olga B. (2005). "129Xe NMR investigation of catalytic filamentous carbon". Microporous and Mesoporous Materials. 81 (1–3): 41–8. doi:10.1016/j.micromeso.2005.01.016.
  6. ↑ ۶٫۰ ۶٫۱ ۶٫۲ Debokx, P. (1985). "The formation of filamentous carbon on iron and nickel catalysts I. Thermodynamics". Journal of Catalysis. 96 (2): 454–67. doi:10.1016/0021-9517(85)90314-8.
  7. ↑ ۷٫۰ ۷٫۱ Alstrup, I.; Tavares, M. T.; Bernardo, C. A.; Sørensen, O.; Rostrup-Nielsen, J. R. (1998). "Carbon formation on nickel and nickel-copper alloy catalysts". Materials and Corrosion. 49 (5): 367–72. doi:10.1002/(SICI)1521-4176(199805)49:5<367::AID-MACO367>3.0.CO;2-M. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)
  8. ↑ Baker, R. (1973). "Formation of filamentous carbon from iron, cobalt and chromium catalyzed decomposition of acetylene". Journal of Catalysis. 30 (1): 86–95. doi:10.1016/0021-9517(73)90055-9.
  9. ↑ Kępiński, L. (1989). "Formation of filamentous carbon from acetylene on Pd/SiO2 films: Effect of metal-support reaction". Reaction Kinetics and Catalysis Letters. 38 (2): 363–7. doi:10.1007/BF02062132.
  10. ↑ Park, Colin; Keane, Mark A. (2001). "Filamentous Carbon Growth on Nickel/Silica: Potassium and Bromine as Catalyst Promotors". ChemPhysChem. 2 (12): 733–41. doi:10.1002/1439-7641(20011217)2:12<733::AID-CPHC733>3.0.CO;2-5. PMID 23686923.
  11. ↑ Park, Colin; Keane, Mark A. (2002). "Growth of Filamentous Carbon from the Surface of Ni/SiO2 Doped with Alkali Metal Bromides". Journal of Colloid and Interface Science. 250 (1): 37–48. Bibcode:2002JCIS..250...37P. doi:10.1006/jcis.2002.8298. PMID 16290632.
  12. ↑ Basavalingu, B.; Madhusudan, P.; Dayananda, A. S.; Lal, K.; Byrappa, K.; Yoshimura, M. (2007). "Formation of filamentous carbon through dissociation of chromium carbide under hydrothermal conditions". Journal of Materials Science. 43 (7): 2153–7. Bibcode:2008JMatS..43.2153B. doi:10.1007/s10853-007-1927-9.
  13. ↑ Bae, Jong Wook; Kim, Seung-Moon; Park, Seon-Ju; Prasad, P. S. Sai; Lee, Yun-Jo; Jun, Ki-Won (2009). "Deactivation by Filamentous Carbon Formation on Co/Aluminum Phosphate during Fischer−Tropsch Synthesis". Industrial & Engineering Chemistry Research. 48 (6): 3228–33. doi:10.1021/ie801956t.
  14. ↑ "Filamentous Carbon Particles for Cleaning Oil Spills". Retrieved September 2, 2013.[منبع نامعتبر؟]
  15. ↑ Steinfeld, A.; Kirillov, V.; Kuvshinov, G.; Mogilnykh, Y.; Reller, A. (1997). "Production of filamentous carbon and hydrogen by solarthermal catalytic cracking of methane". Chemical Engineering Science. 52 (20): 3599–603. doi:10.1016/S0009-2509(97)00166-8.

پیوند به بیرون ویرایش

برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=پیش‌نویس:کربن_رشته_ای&oldid=36712189»