Korean Chemical Engineering Research

The Korean Institute of Chemical Engineers (한국화학공학회)
권호 표지

Effect of Hydrogen Addition on the Conversion of Hydrocarbon Gas to Pyrocarbon Nanoparticles

탄화수소가스 열분해법에 의한 탄소나노입자 생성에 있어서 수소의 영향에 관한 연구

  • Kim, Soo Hyung (Department of Nanosystem and Nanoprocess, College of Nanoscience and Nanotechnology, Pusan National University)
  • 김수형 (부산대학교 나노과학기술대 나노시스템공정공학과)
  • Received : 2008.08.11
  • Accepted : 2008.08.21
  • Published : 2008.12.31
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Abstract

With the assistance of thermal pyrolysis process for hydrocarbon gases, the formation and growth of particulate carbon was systematically investigated as a function of temperature in the gas phase. The yield and average size of pyrocarbon particles were found to increase with increasing pyrolysis temperature. The difference in the yield of carbon particles generated by pyrolizing acetylene and ethylene gas posed a question about the role of hydrogen in the pyrolysis of hydrocarbon gases. In order to reveal the role of hydrogen, controlled amount of hydrogen was added to the acetylene pyrolysis, and then hydrogen addition was observed to suppress the formation and growth of carbon particles. One can control the size of pyrocarbon particles by controlling the hydrogen gas addition.

본 논문에서는 탄화수소가스의 기체상 열분해과정에서 생성되는 탄소나노입자의 성장을 온도의 변화에 따라 체계적으로 관찰하였다. 탄화수소가스의 열분해온도가 상승할수록 최종적 산물인 탄소나노입자의 생성율과 물리적 크기가 증가하는 것을 확인하였다. 하지만, 다양한 탄화수소가스 중에서 아세틸렌($C_2H_2$)과 에틸렌($C_2H_4$)의 열분해과정 비교 실험 결과 탄소나노입자 생성률이 큰 차이를 보임을 관찰하게 되었고 이것은 탄화수소가스의 열분해과정에서 생성되는 수소의 영향이 아닐까 가정하게 되었다. 이러한 탄화수소의 열분해과정에서 수소의 역할을 규명하기 위해서 아세틸렌가스의 열분해과정에 정밀하게 제어된 양의 수소를 주입하면서 탄소나노입자의 생성을 실시간으로 모니터링한 결과 수소의 주입이 탄소나노입자의 생성 및 성장을 억제하는 역할을 함을 관찰하였다. 결국 탄화수소가스의 열분해과정에서 적절하게 수소의 양을 제어한다면 최종적으로 생성되는 탄소나노입자의 크기를 제어할 수 있을 것이다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 부산대학교

References

  1. Parmer, H. B. and Dormish, F. L., 'The Kinetics of Decomposition of Acetylene in the 1,500oK Region,' J. Phys. Chem., 68(6), 1553-1560(1964) https://doi.org/10.1021/j100788a049
  2. Harris, S. J. and Weiner, A. M., 'Chemical Kinetics of Soot Particle Growth,' Ann. Rev. Phys. Chem., 36, 31-52(1985) https://doi.org/10.1146/annurev.pc.36.100185.000335
  3. Silcocks, C. G., 'The Kinetics of the Thermal Polymerization of Acetylene,' Proc. R. Soc. London Ser., 242, 411-429(1957)
  4. Fincke, J. R., Anderson, R. P., Hyde, T. A. and Detering, B. A., 'Plasma Pyrolysis of Methane to Hydrogen and Carbon Black,' Ind. Eng. Chem. Res., 41, 1425-1435(2002) https://doi.org/10.1021/ie010722e
  5. Knutson, E. O. and Whitby, K. T., 'Aerosol Classification by Electrical Mobility: Apparatus, Theory, and Applications,' J. Aerosol Sci., 6, 443-451(1975) https://doi.org/10.1016/0021-8502(75)90060-9
  6. Kim, S. H., Woo, K. S., Liu, B. Y. H. and Zachariah, M. R., 'Method of Measuring the Charge Distribution of Nanosized Aerosols,' J. Colloid Interface Sci., 282, 46-57(2005) https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.08.066