Hydrocacbon bị khử trên xúc tác Fe/-Al2O3 theo phản ứng sau: 2 710 650 , / 2 3 2 nC mH H Cn m FeAlOoC
Bản chất của phản ứng này là sự hình thành cacbon từ quá trình nhiệt phân các hydrocacbon trên xúc tác Fe/-Al2O3 ở nhiệt độ cao. Các nguyên tử cacbon hình thành sẽ khuếch tán vào trong kim loại xúc tác (Fe) và hình thành các cacbua kim loại. Khi đạt trạng thái bão hòa, các nguyên tử cacbon thoát ra và hình thành cấu trúc graphit. Do các tâm kim loại xúc tác (Fe) có kích thước nano nên cấu trúc graphit hình thành sẽ tạo ra CNT hay CNF. Vai trò của xúc tác Fe/- Al2O3 làm tăng tốc độ phản ứng và chọn lọc dạng thù hình của sản phẩm của cacbon thu được là CNT thay cho các dạng thù hình khác như cốc, cacbon vô định hình hay hạt cacbon nano.
Qua nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm cacbon nano tạo ra. Ba yếu tố sau đây ảnh hưởng đến sản lượng tạo thành cũng như tính ổn định của cacbon nano (ít hoặc không tạo ra cacbon vô định hình), đó là nồng độ nguồn cacbon (%), vận tốc dòng khí hỗn hợp đi qua thiết bị (cm/phút) và nhiệt độ tổng hợp (o
C). Để số thí nghiệm khảo sát là ít nhất mà vẫn xác định được các điều kiện tối ưu, thông thường người ta sử dụng bài toán qui hoạch thực nghiệm, xác định được phương trình hồi qui dạng tuyến tính hoặc phi tuyến. Từ đó, ta xác định được giá trị tối ưu cho quá trình tổng hợp cacbon nano.
Chúng tôi sử dụng phần mềm thống kê STATISTICA 7 và Solver- MS Excel trong quá trình khảo sát, phân tích số liệu và tính toán tối ưu.
Nghiên cứu lý thuyết các quá trình tổng hợp CNT, CNF từ các nguyên liệu khác nhau như metan, acetylen etanol, CO,.. giúp ta xác định bước đầu các giá trị tổng hợp, hạn chế số lượng thí nghiệm xa vùng tối ưu, trong đó yếu tố nhiệt độ của quá trình tổng hợp là quan trọng nhất. Chẳng hạn, khi tổng hợp CNT đi từ metan, etan hay LPG thì nhiệt độ tổng hợp thường là 650- 850oC [14, 22, 40, 46, 78, 85]. Vận tốc dòng khí qua vùng phản ứng trung bình 0.67-1mm/s (4-6cm/phút) [36, 62, 79].