[pt] ESTUDO DO SISTEMA REACIONAL TICL4(G) - NH3(G) EM REATOR DE FLUXO CRUZADO EM BAIXAS TEMPERATURAS: EFEITO DAS VARIÁVEIS DE PROCESSO E A CARACTERIZAÇÃO DOS PRODUTOS

[en] STUDY OF THE REACTION SYSTEM TICL4(G)-NH3(G) IN A CROSS-FLOW REACTOR AT LOW TEMPERATURES: EFFECT OF PROCESS VARIABLES AND PRODUCTS CHARACTERIZATION

[pt] ALEXANDRE VARGAS GRILLO

[pt] SINTESE

[pt] REACAO NA FASE VAPOR

[pt] MATERIAIS NANOESTRUTURADOS

[pt] NITRETO DE TITANIO

[en] SYNTHESIS

[en] GAS PHASE REACTION

[en] NANOSTRUCTURED MATERIALS

[en] TITANIUM NITRIDE

[pt] Os nitretos, carbetos, boretos e óxidos de metais de transição na forma de nanopartículas, têm recebido nos últimos anos uma grande atenção no mundo científico, por apresentar propriedades físicas e químicas bem específicas, com aplicações diretas na indústria de alta tecnologia. Esta tese de doutorado foi motivada pelo desenvolvimento e avaliação experimental de uma nova configuração de reator, tubular e de fluxo cruzado, que promove um melhor contato entre as fases gasosas reagentes, possibilitando a execução da síntese de nanopartículas em temperaturas mais baixas. O reator consiste em um tubo de quartzo e um sistema de alimentação de gás NH3(g), dotado de chicanas que o redireciona promovendo uma distribuição mais homogênea deste nos orifícios de alimentação no reator. O TiCl4, uma vez vaporizado, é arrastado pelo argônio na direção axial do reator e o NH3 é injetado na direção radial central do reator. No aparato experimental desenvolvido foram avaliados os efeitos das variáveis do processo, temperatura, tempo espacial e pressão parcial do TiCl4 sobre o tamanho médio de cristalitos das partículas sintetizadas. Os resultados experimentais obtidos mostraram que no reator proposto foi possível produzir, na temperatura ambiente, nitreto de titânio (TiN) com 100por cento de conversão e tamanhos de cristalitos abaixo de 20 nm. Além da produção do TiN, também observou-se a formação de um co-produto, também particulado, o cloreto de amônio (NH4Cl). Nas análises por difração de Raios-X observou-se a presença de dióxido de titânio (TiO2) na forma de anatásio e de oxinitreto de titânio. O aparecimento destas fases pode ser explicado pela alta reatividade do nitreto de titânio com o oxigênio e vapor de água presentes na atmosfera e a sua elevada superfície específica.

[en] Nitrides, carbides, borides and oxides of transition metals in the form of nanoparticles have received in recent years the attention in the scientific world, by their specific physical and chemical properties, with direct applications to the high technology industry. This thesis was motivated by the development and experimental evaluation of a new reactor concept, tubular and cross-flow, which promotes better contact between the gas-phase reactants, allowing the execution of nanoparticle synthesis at lower temperatures. The reactor consists of a quartz tube and a gas supply system (NH3), equipped with baffles that redirects the gas promoting a more homogeneous distribution of it in the holes that feed the reactor. The TiCl4 vaporized is carried by argon gas, in the axial direction, to the reactor and NH3 is injected in the radial direction in the central region of the reactor. In the experimental apparatus developed were evaluated the effects of process variables, temperature, space time and TiCl4 partial pressure, on average crystallite size of the synthesized particles. The experimental results obtained show that in the proposed reactor was possible to produce, at room temperature, titanium nitride with 100% conversion and crystallite size below 20nm. Besides the production of the titanium nitride was also observed the formation of a particulate co- product, the ammonium chloride (NH4Cl). In the X-ray diffraction analyzes was observed the presence of titanium dioxide (anatase) and titanium oxynitride. The occurrence of these phases can be explained by the high reactivity of titanium nitride with oxygen and water vapor present in the atmosphere and their high specific surface.

FRANCISCO JOSE MOURA

IVAN GUILLERMO SOLORZANO NARANJO

ROBERTO JOSE DE CARVALHO

EDUARDO DE ALBUQUERQUE BROCCHI

FRANCISCO JOSE MOURA

IVAN GUILLERMO SOLORZANO NARANJO

BRUNO CAVALCANTE DI LELLO

MARCELO LUCAS PEREIRA MACHADO

2014-07-07

2013-04-24

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.23192