Page 57 - 《橡塑节能与节能环保》2018年2期

节能环保新技术与产品 New Energy conservation and environmental protection equipment New Energy conservation and environmental protection equipment 节能环保新技术与产品

试样的裂解产物被氮气输送到另一个含催化体系 管收率低的原因。在后续研究中将对此进行详细的研
（Fe 2 O 3 /Al 2 O 3 ）的腔中，也就是所谓的化学气相沉积 究。
法（CVD）。之前报道过用载体金属催化剂如Fe、Ni等
大规模生产CNT。大量的研究一般均采用Fe 2 O 3 /Al 2 O 3 作
为催化剂制备CNT。
图4a表示出H15试样分解残炭的微结构，图4b表
示出和催化剂偶联的碳氢化合物分解得到由碳化分解
产物的结构。意外的是，碳化产物在残余蒙脱土中有
多壁碳纳米管（特点是有中空结构），说明在CNT形成
过程中蒙脱土自身或某一种硫化剂（在初期加入帮助
橡胶分子交联）起着非常重要的作用。而很容易发现 图5 （a）M10试样生成的碳纳米管；（b）M10试样生成的
石墨片
CNT的收率和某一特定催化剂的缺失有关，另一方面，
图4b表明在更适当的条件下（存在某种催化剂），CNT
依然还会生成，但增长并不完善。此外，存在有大量
的无定形碳，可能仍在等待和更长的大分子碳链结合
的机会，这也表明轻质烃的缺少是因为存在不亲有机
形式的黏土。这保证了路易斯质子酸对增强分解和释
放更轻质烃化合物的必要性，其中轻质烃化合物是碳
纳米管高产所必须的。
而M10和M22试样的碳化产物同样利用扫描电子显
图6 M22试样生成的碳纳米管的TEM照片
微镜进行分析，如图5a和图6所示。从图片获得的第一
印象是，同H15试样相比，碳纳米管的收率和质量都 此外，与亲水蒙脱土相比，有机蒙脱土可以更好
有很大的不同。此外，他们也有一些缺陷，例如位置 地使橡胶组分之间相容。有机蒙脱土在裂解过程中形
不正及有倾斜，尤其是由M22试样制备的CNT。有趣的 成的酸可以增强热降解并压制任何其他热稳定性的增
是，碳纳米管形成过程中也形成了一些石墨结构。 强。由于烧蚀侧面基本没有含碳成分，所以，分解残
渣中没有碳纳米管。故可认为，这些情况下释放的烃
成份比由H15得到的更烃度，从而使CNT有较大的收率
（为形成CNT提供了更适宜的条件）。粗略讲，作为
NBR/SBR增容剂的蒙脱土的亲有机程度为碳化造成不同
的物理环境。
而有人提出，CNT是通过释放的烃附着在催化活
性粒子上形成的。根据这个假设，生成的石墨有足够
高的表面能，可在催化剂表面组装碳层。而这一碳层
图4 TEM照片：（a）H15试样的炭残留物；（b）H15试样生 上通过添加更多新的气相沉积碳来持续增长直到填满
成的碳纳米管
半球。而接下来，第二个碳层紧接着在第一个下面生
一般来说，图5显示的低收率证实了作为增容剂
长。本研究通过该假设所形成的CNT成熟的过程由图7
加入的黏土的亲和性与碳纳米管收率之间的相关性。
中由TEM照片得到证实，即由M22产生的CNT前体正在包
如前面所述。这一方面是由H15试样产生的轻质碳氢化
裹催化剂粒子，处于半球封闭之前。由于该机理假设
合物的量更多（符合催化生成CNT的情况），然而，看
影响碳纳米管完美度的关键因素是可冷凝气态碳和催
起来M10和M22试样的废料中并没有生成碳纳米管。而
化剂粒子的结合，这要求催化剂的用量尽可能少，故
需要强调的是热裂解过程中高加热速率可能是碳纳米
需要优化催化剂用量，确保每一个催化位点上有更多

第2卷 第2期 橡塑智造与节能环保 27