Sintesis Carbon Nanotube (CNT)
Deposisi Uap Kimia (CVD) menjadi metode sintesis Carbon Nanotube (CNT) yang paling populer dan merupakan salah satu metode yang dapat mengadaptasi berbagai jenis bio-feedstock secara luas. CVD memiliki prinsip dekomposisi katalitik hidrokarbon di atas logam transisi katalis yang didukung. CNT yang diproduksi oleh metode CVD memiliki ciri-ciri yang bergantung pada kondisi eksperimental seperti suhu, tekanan, volume, konsentrasi dan sifat hidrokarbon, waktu reaksi, perlakuan awal katalis dan katalis.Sintesis Carbon NanoTube oleh CVD terdiri dari dua proses yaitu langkah persiapan katalis kemudian langkah sintesis dari CNT . CNT akan terbentuk jika parameter yang tepat dipertahankan dalam proses. Proses sintesis CNT dengan metode CVD diasumsikan non-isotermal dan proses non-adiabatik. Dalam analisis yang disajikan, rangkaian rangkaian aliran plug dan reaktor batch diasumsikan memodelkan fase reaksi. Hal ini menunjukkan bahwa proses pembentukan CNT memiliki spasi dan ketergantungan waktu. Skema rangkaian CVD termal ditunjukkan pada Gambar dibawah ini.
Selama pengendapan uap kimiawi, bahan baku karbon dalam bentuk hidrokarbon diuraikan pada suhu tertentu menjadi gas karbon yang diendapkan pada katalis logam transisi seperti besi, kobalt, atau nikel. Dalam hal sumber gas karbon, efisiensi pertumbuhan CNT sangat bergantung pada reaktivitas dan konsentrasi antara fase gas yang diproduksi bersama dengan spesies reaktif dan radikal bebas sebagai akibat dari penguraian hidrokarbon. Sintesis CNT dengan dekomposisi hidrokarbon suhu tinggi, menunjukkan bahwa sifat termodinamika dan struktur kimia prekursor hidrokarbon berperan penting dalam morfologi endapan karbon di atas katalis.
Pada prosedur CVD, sumber karbon dimasukkan ke tungku bersuhu tinggi yang disimpan pada 700°C atau lebih di mana substrat dilapisi dengan partikel katalis, misalnya, besi atau nikel. Sebagai alternatif, ferosen atau nikel dapat diinjeksikan bersama dengan bahan baku untuk membentuk partikel katalis in situ. Selama proses, bantalan molekul karbon (dari bio-feedstock / petroleum) deposit pada kelompok katalis yang terbuat dari nanopartikel logam (tersuspensi atau tidak bergerak, masing-masing), di mana mereka memecah menjadi unsur karbon.
Selama pengendapan uap kimiawi, bahan baku karbon dalam bentuk hidrokarbon diuraikan pada suhu tertentu menjadi gas karbon yang diendapkan pada katalis logam transisi seperti besi, kobalt, atau nikel. Dalam hal sumber gas karbon, efisiensi pertumbuhan CNT sangat bergantung pada reaktivitas dan konsentrasi antara fase gas yang diproduksi bersama dengan spesies reaktif dan radikal bebas sebagai akibat dari penguraian hidrokarbon. Sintesis CNT dengan dekomposisi hidrokarbon suhu tinggi, menunjukkan bahwa sifat termodinamika dan struktur kimia prekursor hidrokarbon berperan penting dalam morfologi endapan karbon di atas katalis.
Pada prosedur CVD, sumber karbon dimasukkan ke tungku bersuhu tinggi yang disimpan pada 700°C atau lebih di mana substrat dilapisi dengan partikel katalis, misalnya, besi atau nikel. Sebagai alternatif, ferosen atau nikel dapat diinjeksikan bersama dengan bahan baku untuk membentuk partikel katalis in situ. Selama proses, bantalan molekul karbon (dari bio-feedstock / petroleum) deposit pada kelompok katalis yang terbuat dari nanopartikel logam (tersuspensi atau tidak bergerak, masing-masing), di mana mereka memecah menjadi unsur karbon.
Setelah aliran yang stabil dari blok penyusun ini terbentuk, CNT dirakit secara kontinyu, tetapi perlambatan disebabkan oleh penonaktifan bertahap oleh katalis. Tipikal substrat pada CVD yang dipanaskan terkena satu atau lebih prekursor yang mudah menguap, yang terurai di dekat atau di permukaan substrat untuk membentuk deposit padat. Akibat reaksi yang terjadi, produk samping yang mudah menguap juga dihasilkan. Reaksi kimia spesies prekursor terjadi baik di fase gas dan juga di fase padat; permukaan pengendapan. Reaksi CVD secara umum adalah termodinamika endotermik oleh karena itu energi harus disuplai ke reaktor. Secara tradisional, reaksi pada CVD dipromosikan atau diprakarsai oleh panas (CVD termal).
Katalis kobalt, besi dan nikel yang didukung pada silika, alumina dan magnesium oksida, sering digunakan dalam CVD. Selain itu, logam lain telah terbukti cocok untuk pertumbuhan CNT seperti Pd, Pt, Ru, Au, Mn, Cu, Ag dan lantanida seperti Gd dan Uni Eropa. Campuran lainnya senyawa seperti FeSiO2, SiC dan ZnO juga telah digunakan. Ketika promotor ditambahkan ke katalis logam, seperti molibdenum atau vanadium, aktivitas katalis bimetalik lebih tinggi dari katalis monometalik, sebagai penambahan sebuah promotor menghasilkan efek menstabilkan, mencegah aglomerasi fase aktif katalis dan meningkatkan hasil dan grafitisasi CNT [23].
Sebagian besar teknik sintesis CNT memerlukan introduksi katalis berupa partikulat gas atau sebagai pendukung padat. Pemilihan katalis logam dapat mempengaruhi pertumbuhan dan morfologi nanotube. Aktivitas katalitik Fe, Co, atau Ni sebagai katalis, dan pelat vanadium dengan perlakuan laser yang memiliki luas permukaan tinggi sebagai pendukung katalis dalam dekomposisi asetilena pada 720°C pada perlakuan CVD dibandingkan oleh Seo dkk. [24] . CNT dengan kualitas terbaik diperoleh dari katalis besi dengan kepadatan tinggi dengan ukuran diameter yang kecil yaitu 10-15 nm. Sedangkan Nagaraju dkk [7] membandingkan aktivitas katalitik Fe, Co dan Fe / Co yang didukung pada alumina atau silika. Hasil MWCNT terbaik dihasilkan pada suhu 700°C pada alumina terhidrasi yang dibuat dari aluminium isopropoksida dan mengandung campuran Fe dan Co di dalamnya.
Pada proses sintesis CNT proses pemurnian menjadi hal yang perlu dipertimbangkan. Hal ini disebabkan oleh pengotor yang biasanya yang terdapat pada produk sebagai hasil samping dari katalis yang digunakan, atau berbagai parameter seperti suhu yang digunakan dalam proses dekomposisi.Langkah pemurnian yang digunakan tergantung pada tingkat pengotor pada bahan. Namun, langkah-langkah ini dapat merusak struktur CNT, oleh karena itu upaya diintensifkan untuk mengurangi langkah-langkah ini dan meminimalkan atau sepenuhnya menghilangkan kandungan pengotor selama sintesis bahan-bahan ini.
Sebagian besar teknik sintesis CNT memerlukan introduksi katalis berupa partikulat gas atau sebagai pendukung padat. Pemilihan katalis logam dapat mempengaruhi pertumbuhan dan morfologi nanotube. Aktivitas katalitik Fe, Co, atau Ni sebagai katalis, dan pelat vanadium dengan perlakuan laser yang memiliki luas permukaan tinggi sebagai pendukung katalis dalam dekomposisi asetilena pada 720°C pada perlakuan CVD dibandingkan oleh Seo dkk. [24] . CNT dengan kualitas terbaik diperoleh dari katalis besi dengan kepadatan tinggi dengan ukuran diameter yang kecil yaitu 10-15 nm. Sedangkan Nagaraju dkk [7] membandingkan aktivitas katalitik Fe, Co dan Fe / Co yang didukung pada alumina atau silika. Hasil MWCNT terbaik dihasilkan pada suhu 700°C pada alumina terhidrasi yang dibuat dari aluminium isopropoksida dan mengandung campuran Fe dan Co di dalamnya.
Pada proses sintesis CNT proses pemurnian menjadi hal yang perlu dipertimbangkan. Hal ini disebabkan oleh pengotor yang biasanya yang terdapat pada produk sebagai hasil samping dari katalis yang digunakan, atau berbagai parameter seperti suhu yang digunakan dalam proses dekomposisi.Langkah pemurnian yang digunakan tergantung pada tingkat pengotor pada bahan. Namun, langkah-langkah ini dapat merusak struktur CNT, oleh karena itu upaya diintensifkan untuk mengurangi langkah-langkah ini dan meminimalkan atau sepenuhnya menghilangkan kandungan pengotor selama sintesis bahan-bahan ini.
Referensi
Putri Ayu Anggoro dan Teguh Endah Saraswati. 2021. Synthesis of Carbon Nanotubes (CNT) Using Natural Material Precursors and Modified CNTs as CNT/Epoxy Resin Composite: Review. Proceeding of Chemistry Conferences vol. 6 (2021) ISSN 2541-108X
Sitasi Artikel
Thinks Physics. 2022. Metode Sintesis Carbon Nanotube (CNT). Halaman web. Diakses pada tanggal (tanggal akses anda