Please use this identifier to cite or link to this item:
https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/26647
Title: | Synthesis of porous silicon nitride via the carbothermal reduction and nitridation of silica/PRF gel composite |
Other Titles: | การสังเคราะห์ซิลิคอนไนไตรด์พรุนด้วยกระบวนการคาร์โบเทอร์มอลรีดักชันและไนไตรเดชันของซิลิกา/พีอาร์เอฟเจล คอมพอสิต |
Authors: | Marisa Meechoonuck |
Advisors: | Varong Pavarajarn |
Other author: | Chulalongkorn University. Faculty of Engineering |
Advisor's Email: | Varong.p@eng.chula.ac.th |
Subjects: | Silicon nitride -- Synthesis |
Issue Date: | 2011 |
Publisher: | Chulalongkorn University |
Abstract: | This research studied the synthesis of porous silicon nitride, one of the most promising structural materials for applications in filter at high-temperature, from silica/phenol-resorcinol-formaldehyde (PRF) gel composite which was prepared by combining sol-gel and polymerization of phenol, resorcinol and formaldehyde using sodium carbonate as catalyst and 3-aminopropyl trimethoxysilane (APTMS) as silica precursor. After aging of the silica/PRF gel for 72 hours, t-butanol was used in the solvent exchange process for 24 hours and repeated for 3 times. Then the sample was dried in freeze drying processes at -40°C for 3 days. Next, the silica/PRF composite was pyrolyzed under nitrogen gas and pre-calcined first under air at temperature in the range of 400-500°C for 2 hours to convert the PRF structure into porous carbon and partially remove carbon from the composite, respectively. Finally, the composite was subjected to the carbothermal reduction and nitridation at 1450°C for 10 hours followed by the removal of residual carbon by calcination at 800°C for 8 hours. From the results, differences in molar ratio of phenol-to-resorcinol, silica-to-carbon and pre-calcination temperature result in difference in porosity of both silica/carbon composite and that of silicon nitride product. The pre-calcination is the major effect to improve the porosity, which has an effect on porosity of silicon nitride product. Moreover, it was also found that the use of pre-formed silica sol, which is another way to decrease violent interaction between silica precursor and the PRF solution, has an effect on porosity and crystallite size of silicon nitride product. |
Other Abstract: | งานวิจัยนี้ศึกษาการสังเคราะห์ซิลิคอนไนไตรด์พรุนชึ่งเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างเหมาะสำหรับใช้งานในการกรองภายใต้อุณหภูมิสูงจากซิลิกา/ฟีนอล-เรโซซินอล-ฟอร์มัลดีไฮด์(พีอาร์เอฟ)เจลคอมพอสิตที่ถูกเตรียมด้วยวิธีโซล-เจลร่วมกับปฏิกิริยาโพลิเมอไรเซชันของฟีนอล, เรโซซินอล และฟอร์มัลดีไฮด์โดยใช้โซเดียมคาร์บอเนตเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และใช้ 3-อะมิโนโพรพิล ไตรเมทอกซีไซเลน (เอพีทีเอ็มเอส) เป็นสารตั้งต้นของซิลิกา หลังจากนั้นสารผสมจะถูกบ่มไว้อีก 72 ชั่วโมงก่อนที่จะมีการแลกเปลี่ยนตัวทำละลายในสารผสมด้วย ที-บิวทานอล ทุก 24 ชั่วโมง เป็นเวลา 3 วัน ก่อนที่จะนำไปอบแห้งแบบเยือกแข็งที่อุณหภูมิ -40 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 วัน จากนั้นนำซิลิกา/พีอาร์เอฟคอมพอสิตไปผ่านกระบวนการไพโรไลสิส ภายใต้แก๊สไนโตรเจนและกระบวนการแคลซิเนชั่นรอบแรกภายใต้อากาศที่อุณหภูมิ 400-500 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 2 ชั่วโมงเพื่อกำจัดโครงสร้างพีอาร์เอฟและคาร์บอนบางส่วนออกให้กลายเป็นซิลิกา/คาร์บอนคอมโพสิตพรุน สุดท้ายจะนำคอมโพสิตที่ได้เข้าสู่กระบวนการไนไตรเดชันที่อุณหภูมิ 1450 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 10 ชั่วโมง แล้วเผากำจัดคาร์บอนส่วนที่เหลือออกอีกครั้งที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 8 ชั่วโมง จากการทดลองพบว่า อัตราส่วนโมลของฟีนอล, เรโซซินอล, ซิลิกา, คาร์บอนและอุณหภูมิที่ใช้ในการแคลไซน์เพื่อกำจัดคาร์บอนบางส่วนออกที่แตกต่างกัน ส่งผลต่อความพรุนของซิลิกา/คาร์บอน คอมโพสิตและซิลิคอนไนไตรด์ที่แตกต่างกันด้วย โดยการพรีแคลไซน์ที่เป็นตัวแปรหลักทำให้เกิดการปรับปรุงความพรุนของคอมโพสิต ซึ่งส่งผลต่อความพรุนของซิลิคอนไนไตรด์ นอกจากนั้นยังพบว่าการเตรียมสารตั้งต้นซิลิกาให้อยู่ในรูปของโซลก่อนเติมลงไปในพีอาร์เอฟเจลก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการลดความรุนแรงของปฏิกิริยาระหว่างซิลิกาและสารละลายพีอาร์เอฟ ก็ส่งผลต่อความพรุนและขนาดผลึกของซิลิคอนไนไตรด์ |
Description: | Thesis (M.Eng.)--Chulalongkorn University, 2011 |
Degree Name: | Master of Engineering |
Degree Level: | Master's Degree |
Degree Discipline: | Chemical Engineering |
URI: | http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/26647 |
URI: | http://doi.org/10.14457/CU.the.2011.1738 |
metadata.dc.identifier.DOI: | 10.14457/CU.the.2011.1738 |
Type: | Thesis |
Appears in Collections: | Eng - Theses |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
marisa_me.pdf | 2.46 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.