Síntesis de nanotubos de carbón por pirolisis de hidrocarburos botánicos

Abstract

Carbon nanotubes (CNTs) are materials which due to their physical, electrical and mechanical properties are being used in a great number of technological applications. Large- scale, low-cost and high-quality production processes are some goals highly ambitioned which have driven much of the current research work. Typically, carbon monoxide, methane, acetylene, benzene, alcohol, etc. which are petroleum ?s byproducts, have been used as carbon feedstock to produce CNTs. As an answer to the problems that come from the use of these materials, the use of natural precursors and economically feasible synthesis methods have been recently proposed to meet the demand of carbon nanotubes. The present work studies the use of a botanical hydrocarbon such as turpentine oil and its main components, alpha-pinene and beta-pinene, as carbon feedstock for multiwall carbon nanotubes synthesis by the spray pyrolysis method using ferrocene as catalyst. The spray pyrolysis method consists on spraying a precursor/catalyst solution into quartz tubing inside a cylindrical furnace with a gas flow where argon is use as carrier gas. The hydrocarbon/catalyst solution and the catalyst concentration are kept constant. The synthesis temperature varies between 700 to 1000oC. The MWCNT film formed at the inner surface of the quartz tube is removed mechanically for further characterization by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy We reached to the conclusion that turpentine is a suitable carbon sources to produce MWCNTs at a high yield quality due to its high alpha-pinene content. Alpha-pinene proved to be more effective than beta-pinene to produce high-quality MWCNT ?s at large scale.

Los nanotubos de carbón son materiales que, debido a sus propiedades físicas, eléctricas y mecánicas están siendo utilizados en un gran número de aplicaciones tecnológicas. Su producción a gran escala, bajo costo y alta calidad son metas de gran ambición, las cuales han sido el motivo de recientes investigaciones. Típicamente, estos son formados a partir de hidrocarburos derivados del petróleo tales como el monóxido de carbono, metano, acetileno, benceno, alcohol, etc. En respuesta a los problemas que conlleva el uso de estos materiales, recientemente se han propuestos utilizar fuentes de carbón de origen botánico, así como métodos de síntesis económicamente viables para satisfacer la demanda de nanotubos de carbón. El presente trabajo investiga el uso de hidrocarburos botánicos tales como el aguarrás y sus componentes principales, alfa-pineno y beta-pineno, como fuentes de carbón para la síntesis de nanotubos de carbón de pared múltiple por el método de spray pirolisis y empleando ferroceno como catalizador. El método de spray pirolisis consiste en la nebulización de una solución del hidrocarburo precursor/catalizador hacia el interior de un tubo de cuarzo colocado dentro de un horno tubular con un flujo de argón como gas de arrastre. El flujo de la mezcla hidrocarburo/catalizador y la concentración del catalizador se mantienen constantes. La temperatura de síntesis se varía en un intervalo de 700 hasta 1000 oC. La película de nanotubos de carbón de pared múltiple que se forma en la superficie interna del tubo de cuarzo se remueve mecánicamente para su posterior caracterización por microscopia de barrido (Scanning Electron Microscopy SEM), microscopia de transmisión (Transmission Electron Microscopy TEM), espectroscopia Raman y difracción de rayos X (X Ray Diffraction XRD). Se llegó a la conclusión que el aguarrás es una fuente apropiada de carbón para producir nanotubos de carbón de multipared debido a su alto contenido de alfa-pineno. Se probó que el alfa-pineno es más efectivo que el beta-pineno para producir nanotubos de carbón de pared múltiple a gran escala y mejor calidad.