CVD yöntemi ile karbon nanotüp üretimi, karakterizasyonu, modifikasyonu ve kullanım alanlarının araştırılması

Abstract

1991 yılında Iijima tarafından fullerenlerin yan sentez ürünü olarak keşfedilen karbon nanotüpler (CNT) eşsiz elektriksel, termal ve mekanik özellikleri ile birçok alandan araştırmacıların ilgi odağı haline gelmiştir. Karbon nanotüpler iki şekilde üretilebilir. Bunlar, tek duvarlı karbon nanotüpler (SWCNT) ve çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT)' dir. Karbon nanotüp üretimi için pek çok başarılı metot bilinmektedir. En çok kullanılan metotlar ark boşalım, lazer aşındırma ve kimyasal buhar birikimi (CVD) metotlarıdır. Son yıllarda yüksek saflık, yüksek verim ve kontrollü büyüme gibi avantajlarından dolayı CVD metodu ilgi odağı haline gelmiştir. Bu tez çalışmasında MWCNT sentezinde kullanılmak üzere çeşitli katalizörler hazırlanmıştır. Hazırlanan katalizörler kullanılarak CVD yöntemi ile MWCNT' ler sentezlenmiştir. Sentezlenen MWCNT' ler termal ve kimyasal oksidasyon yöntemleri uygulanarak saflaştırılmış ve asit etkileşimi metodu kullanılarak fonksiyonelleştirilmiştir. MWCNT' ler, Raman, FT-IR, TGA, SEM, HRTEM ve BET yöntemleri ile karakterize edilmiştir. MWCNT' lerin yüksek saflıkta hidrojen üretiminde katalizör destek maddesi olarak kullanılması, kullanım alanı olarak araştırılmıştır. Kütlece %15 Nikel içeren MWCNT destekli katalizörler emdirme yöntemi ile hazırlanarak, SEM ve EDX yöntemleri ile karakterize edilmiştir. MWCNT destekli bu katalizörler kullanılarak, metan kraking yöntemi ile karbon monoksit (CO) içermeksizin yüksek saflık ve yüksek verim ile hidrojen üretimi gerçekleştirilmiştir.

Carbon nanotubes (CNTs) which were discovered in 1991 as by-product of fullerene synthesis by Iijima attract a good deal of attention scientists from several fields due to their unique electrical, thermal and mechanical properties. CNTs could be synthesized in two types which are single walled carbon nanotubes (SWCNTs) and multi walled carbon nanotubes (MWCNTs). Several successful methods are known for the synthesis of CNT. The most widely used methods are arc discharge, laser ablation and chemical vapour deposition (CVD). In recent years, because of the advantages of CVD method such as high purity, high yield and controlled growth, this method has become the focus of attention. In this thesis, various catalysts were prepared in order to use in the synthesis of MWCNTs. MWCNTs were synthesized by CVD method. Synthesized MWCNTs were purified by thermal and chemical oxidation methods, and functionalized by acid treatment. MWCNTs were characterized by Raman, FT-IR, TGA, SEM, HRTEM and BET techniques. The usage of MWCNTs as catalyst support material for high purity hydrogen production was investigated in the application areas of MWCNTs. MWCNTs supported catalysts which contain 15% by mass of Ni were prepared by impregnation method and characterized by SEM and EDX methods. By using the MWCNT supported catalysts, carbon monoxide (CO) free hydrogen was produced with high purity and high yield via methane cracking method.