Экспериментальное определение тепловых эффектов при распаде углеродо-содержащих молекул и формировании углеродных наночастиц за ударной волной


Просмотр статьи
PDF, 2,5 МБ

Experimental definition of thermal effects of processes of pyrolisys carbon containing molecules and carbon particles formation behind shock waves

In this work thermal effects of processes of pyrolysis carbon containing molecules and carbon particles formation were inwestigated. Experiments were performed in the mixtures containing CCl4, C2Cl4, C3O2, C6H6 at temperature range Т5=1600 – 2500 К and pressures p5= 2.8 – 3.5 bar. The dependence of particle yield on real temperature was obtained in all investigated mixtures. It was found that values of temperatures of maximum particle yield in all mixtures are situated in narrow temperature range 1600-1850K and do not depend on initial concentration of precursors in mixture. A simplified model describing the heat effects of pyrolysis of carbon-containing molecules and condensed particlesformation has been proposed.

Александр Всеславович Дракон, Артем Валерьевич Емельянов, Александр Викторович Еремин, Александр Анатольевич Макеич, К Шульц

Том 5, 2007 год



В ходе работы исследованы тепловые процессы при пиролизе углеродо-содержащих молекул и последующем формировании углеродных наночастиц. Эксперименты проводились в смесях содержащих CCl4, C2Cl4, C3O2, C6H6 при температурах Т5=1600 – 2500 К и давлениях p5= 2.8 – 3.5 атм за отраженными ударными волнами. В ходе проведенных экспериментов методами эмиссионно-абсорбционной спектроскопии в ИК диапазоне измерены текущие температуры реагирующих смесей и определены зависимости выхода частиц от фактической температуры для всех исследованных смесей. Найдено, что температуры, соответствующие максимумальному выходу частиц для исследованных смесей лежат в узком температурном диапазоне 1600-1850К и не заисят от типа прекурсора и концентрации исходных реагентов в смеси. Предложена упрощенная модель, описывающая тепловой эффект пиролиза углеродсодержащих молекул за ударными волнами и последующего образования конденсированных частиц.

образование наночастиц, ударные волны, пиролиз

Александр Всеславович Дракон, Артем Валерьевич Емельянов, Александр Викторович Еремин, Александр Анатольевич Макеич, К Шульц

Том 5, 2007 год



1. Stock A.,Stolzenberg H. // Ber.Dtsch. Chem. Ges. 1917. V.50. P.498
2. Klemenc A., Die Behandlung und Reindarstellung von Gasen. 2nd edition, Springer, Wien , 1948.
3. Физика быстропротекающих процессов. Пер. под ред. Н.А.Златина. Издательство «Мир», М., 1971
4. Гейдон А., Герл И. Ударная труба в химической физике высоких температур.. М.: Мир, 1966
5. Лосев С.А. Газодинамические лазеры. Главная редакция физико- математической литературы издательства «Наука», М., 1977.
6. Dörge K.J., Tanke D., Wagner H. Gg. Particle formation in Carbon suboxide pyrolysis behind shock waves // Zeit. Phys. Chem. 1999. V. 212. P. 219-229
7. Soika J., Warnatz J., Vlasov P.A., Zaslonko I.S. Kinetic modeling of carbon suboxide thermal decomposition and formation of soot-like particles behind shock waves // Comb. Sci and Techn. 2000. V. 158. P.439.
8. Emelianov A.V., Eremin A.V., Jander H., Wagner H.Gg. To the temperature dependence of carbon Particle formation in shock wave pyrolysis processes.// Z. Phys. Chem. 2003. V.217. P.893
9. Emelianov A.V., Eremin A.V., Jander H., Makeich A.A., Roth P., Starke R., Wagner H.Gg. Time and temperature dependence of carbon particle growth in various shock wave pyrolysis processes // Proc. Combust. Inst. 2004. V.30. P.1433
10. Friedrichs G., Wagner H.Gg. Investigation of the thermal decay of carbon suboxide // Z. Phys. Chem. 1998. V.203 P.1
11. Warnatz J., Behrendt F., Sojka J., Wagner H. Gg., Zaslonko I. S., Vlasov P. A., Karasevich Yu. K., Smirnov V. N., Starikovskii A. Yu. Computer modeling of iron clusters growth and decomposition behind shock waves. In: Modelling of Chemical Reaction Systems. (Eds.) J. Warnatz, F. Behrendt. Universität Heidelberg 1997. Auf CD-ROM.
12. Крестинин А.В., Моравский А.П., Теснер П.А.. Кинетическая модель образования фуллеренов С60 и С70 при конденсации углеродного пара // Ж. Хим. Физика. 1998. Т.17. №9. C.70
13. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочник / Под ред. Глушко В.П. М: Наука. 1978. Т2.Кн1.
14. Martin J.M.L., Francois J.P., Gijbels R. Ab initio study of the structure, infrared spectra, and heat of formation of C4 // J.Chem. Phys. 1991. V.95. P.9420.
15. Chase M.W. et.al. JANAF termochemical tables. J. Phys. Chem. Ref. 14(1), 1985
16. Вагнер Х.Г., Гуренцов Е.В., Емельянов А.В., Еремин А.В., Яндер Х. // Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество --- 2003 / Под ред. Фортова~В.\,Е. и др. Черноголовка: ИПХФ РАН, 2003. С.88.
17. Starikovsky A.Yu, Thienel Th., Wagner H. Gg., Zaslonko I.S. Soot Formation in the Pyrolysis of Halogenated Hydrocarbons. Part I, Binary Mixtures of Carbon Tetrachloride with Hydrogen and Iron Pentcarbonyl.// Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem. 1998. V. 102. №12. P. 1815
18. Frenklah M., Hsu J.P., Miller D.L., Matula R.A. Shocktube pyrolisys of chlorinated hydrocarbons: Fornation of soot. // Combust. Flame 1986. V.64, P.141
19. Жильцова И.В., Заслонко И.С., Карасевич Ю.К., Вагнер Х.Г. Неизотермические эффекты в процессе сажеобразования при пиролизе этилена за ударными волнами //Кинетика и катализ. 2000. Т.41. №1. C.87
20. Warnatz J., Maas U., Dibble R.W., Combustion: Physical and Chemical Fundamentals,Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation. Berlin: Springer Verlag. 1996. ISBN 3-540-60730-7.