量子化碳材料素材液的制备方法与产品及其制备设备技术

一种量子化碳材料素材液的制备方法，包括以下步骤：①将石墨质碳材料研磨成粉末状；②向石墨质碳粉末中加入适量的非离子水和双氧水Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］进行混合制成混合液；③将混合液通入碳粒子悬浊液制备设备中的氧化阳极进行水溶液电化学处理；④将上述碳粒子悬浊液通入量子化制备系统循环处理６～１５小时即可输出。本发明专利技术提供的用特殊工艺方法制造成的量子化碳材料素材液，将生成的碳粒子细微化为超双亲性二元协同微界面材料物质（０．６～０．９ｎｍ级），产生了想象不到的作用与效果，它可以产生出层间化合弯曲结构物质。它可以应用在节能环保、储能器件以及无公害燃料电池上，能有效地起到改善油品品质，提高燃值，绿色环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳材料的制备方法与制备设备及其产品，特别是涉及一种粒径在纳米级别以下的量子化碳材料的的制备方法与制备设备及其产品。
技术介绍
新材料一如既往地成为今年各国争相研究的重点。其中纳米材料为重中之重，纳米激光器、超微型电机、可控纳米马达、支撑蛋白质的纳米级脚手架和金属线等重大成果接连问世。在创造及预测纳米技术美好前景的同时，科学家开始关注纳米技术可能带来的潜在危害氢燃料充当。在纳米基础研究方面，发现碳纳米管理想的吸收与发散光波特性，可望使量子密码技术以及单分子传感器变成现实清洁能源，纳米在能源应用成为新的关注点，纳米储氢技术已成为重点项目，注重寻找可能用于储氢的纳米材料纤维，有关实验室已将储氢纤维做到平均直径在35纳米的水平。纳米管的生产制造技术始终是热点，因为只有实现低成本大批量生产，才谈得上实际应用。以替代资源性燃料。氢燃料之所以称为清洁能源的原因在于当其燃烧时，氢只产生水而不产生任何空气污染物。由于将氢作为燃料使用时，每单位质量氢的化学能大，并不释放有害物质和产生温室效应的气体，氢是一种理想的清洁、取之不尽用之不竭的能源。将氢能转变成电能的燃料电池得到大量深入的研究。由于氢在标准温度和压力下是气态，与煤炭或石油相比，使用氢充当燃料相对难以处理。同时，由于氢的密度比煤炭或石油小许多，每单位体积的化学能更小，导致储存和运输的问题。此外，由于氢存在泄漏和爆炸的可能性，在使用氢作为燃料时，难以保证安全性。因此，利用氢作为燃料来讲，如何能在安全运输状态下储存大量氢成为一个关键。也即如何在小体积内安全有效聚集氢气最为重要。在这个领域，工程技术人员研究了多种聚集氢气的储氢技术方法，大体分为三类：(1)以高压气体取集氢气的方法；(2)以液态气体聚集氢气的方法；(3)在合金材料等中储存氢气方法。然而，这些方法都有如下问题：(1)需要高强度金属制成的压力容器来聚集氢气。容器非常重，同时还不能很好地解决与高压气体的安全性有关的问题。此外，高压气体的聚集密-->度非常小，约12mg/ml(15MPa)。(2)比(1)就要优越一些，因为液态氢气的聚集密度约70mg/ml，远远大于方法(1)的气态氢聚集密度。然而，氢气的液化需要用在约-250℃或更低的温度下的附加设备来冷却氢气。因此，方法(2)的问题在于系统复杂且液化氢气耗能。(3)特征在于利用储氢材料，特别是由镧一镍合金、钒合金或镁合金组成的储氢合金。储氢合金的优点在于室温下氢可储存在合金中并从合金中释放，氢控制比高压氢气或液态氢要容易。储氢合金的问题是：由于合金相对重，每单位重量的储存量不够大；合金结构被氢的重复存储和释放而逐渐老化，导致储存性能退化；同时合金中含有的稀有元素成分导致资源性消耗问题或环境问题。同时，近年来，例如富勒烯(碳60)材料作为又一种新的储氢材料得到广泛关注和大量的深入研究，希望利用该材料特性能解决上述方法(1)—(3)中的大多数问题。然而，使用碳60材料作为新的储氢材料时也遇到了一些问题。在各种公开的专利中，有许多是通过氢附加在富勒烯碳60中储氢的方法。然而，在这些方法中，由于在碳原子和氢原子之间形成化学共价键，所谓的“储氢”实际上可称为“加氢”。也就是说，通过化学键进行加氢，那么加氢量则取决于未饱和碳键的数量，这样，提高氢的储存量就有其局限性。此外，为释放已存储在富勒烯碳60中的氢，必须在相对高的温度下加热富勒烯。结果，为释放氢而消耗过量能量。这作为氢聚集方法是不适合的。另外富勒烯碳60材料(例如释放或吸附氢分子)储氢的反应的能力很低，需要由例如铂催化金属来提高存储释放的反应的能力。这导致成本和资源性的实际问题。通过以上分析，可清楚知道目前的聚氢方法在实际中得不到很好应用。是由于存在安全、重量、成本和使用等等方面的问题，还不具有很理想的商业应用价值。综上所述，无论是在节能环保的燃料行业，还是储能器件以及无公害燃料电池，需要研制新材料、新方法，来有效地起到改善燃料油品品质，提高燃值，绿色环保、和得到高效，高能，长寿命的储能器件等效果。
技术实现思路
为弥补上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种用特殊工艺方法制造成的量子化碳材料素材液。本专利技术将生成的碳粒子细微化为超双亲性二元协同微界面材料物质(0.6～0.9nm级)，产生了想象不到的作用与效果，它可以产生出层间化合弯曲结构物质。碳素材是碳元素的一种热力学不稳定但动力学较稳定的亚稳定物质。构成碳素材的石墨烯片层有一定的弯曲。从而使处于平衡状态的碳原子具有一定的应力能并处于较高能量状态。不同碳同素异性体中碳元素所具有的能量各不相同，石墨中碳原子的能量为零为最稳定状态，从碳60中碳原子的能量最高达0.45eV，碳240约为0.15eV，纳米碳管和金刚石中碳原子能-->量在0.02～0.03eV，要克服石墨烯弯曲结构的应力能，不同的碳同素异体的生成热有差别。最稳定的石墨其生成热Hf(g·碳)为零；金刚石为1.67KJ/mol；碳60为42.51KJ/mol；碳70为40.38KJ/mol碳，要使石墨变成弯曲结构形成不同碳同素异体，必须从外部施加更高能量使之在受激状态下形成能量更高的单分散碳原子或碳原子簇.这些可控式激态能量的供给，可以通过本专利技术的特殊加工方法实现。本专利技术是利用石墨质碳材料，可以使用结晶质、非晶质、天然、人工的任何碳材料。形状是粉末状。其形态在电场场致作用以及电化学氧化作用下，在水中附加直流电压并逐渐加大电流时，以某电流值为界限(电压随电极间距离而变化)在阳极周围碳粉末会如雾般地析出。析出物以胶态悬浮于水中。利用超声波变化时，溶剂受到压缩和稀疏作用，使流体产生急剧的运动；在产生气穴和温升很小的条件下，将大量振动能输入微小体积时的微射流作用。尤其是气穴的出现。那些尺寸不稳定的微气泡在长大以致突然爆裂时产生的冲击波是超声对化学反应产生作用的主要原因。在上述过程中，不仅有时可以观察到发光现象，在微泡爆裂时，可以在局部空间内产生高达1011Pa的压力，中心温度可达104—106K。本专利技术发现向胶态悬浮液中发射低频45千赫和中频100千赫高频200千赫三种超声波交替组合发射使键断裂而产生大量自由基以及石墨烯产生弯曲结构物量子化的机制。同时，利用原子结构和分子结构的特性，输入不同的谐振能量，并对弯曲结构物的表面进行化学修饰。通过可控谐振能来实现量子化弯曲结构物的制备，可以得到单质或单一的具有功能性的结构物。一种量子化碳材料素材液的制备方法，包括以下步骤：①将石墨质碳材料研磨成300～800目的粉末状；②向石墨质碳粉末中加入适量的非离子水和双氧水H2O2进行混合，使其中碳粒子的浓度为4～8‰，其中加入双氧水H2O2和水的体积比为1～5：1000，制成混合液；③将混合液通入碳粒子悬浊液制备设备中的氧化阳极进行水溶液电化学处理，混合液在电场场致作用以及电化学氧化作用下，碳粉末在阳极周围会如雾般析出，析出物以胶态悬浮于水溶液中，形成碳粒子悬浊液，控制电场电压在10～50v或控制电流在10～50A下将所述碳粒子悬浊液多次循环处理200～500小时，将其控制在碳粒子为100nm～200nm、pH等于2～3、电动势等于260mv～360mv；④将上述检测合格的碳粒子悬浊液通入量子化制备系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子化碳材料素材液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：　①将石墨质碳材料研磨成３００～８００目的粉末状；　②向石墨质碳粉末中加入适量的非离子水和双氧水Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］进行混合，使其中碳粒子的浓度为４～８‰，其中加入双氧 水Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］和水的体积比为１～５∶１０００，制成混合液；　③将混合液通入碳粒子悬浊液制备设备中的氧化阳极进行水溶液电化学处理，混合液在电场场致作用以及电化学氧化作用下，碳粉末在阳极周围会如雾般析出，析出物以胶态悬浮于水溶液中 ，形成碳粒子悬浊液，控制电场电压在１０～５０ｖ或控制电流在１０～５０Ａ下将所述碳粒子悬浊液多次循环处理２００～５００小时，将其控制在碳粒子为１００ｎｍ～２００ｎｍ、ｐＨ等于２～３、电动势等于２６０ｍｖ～３６０ｍｖ；　④将上述检测合格的 碳粒子悬浊液通入量子化制备系统，所述量子化制备系统向胶态悬浮液中交替组合发射低频４５千赫、中频１００千赫和高频２００千赫的三种超声波，使碳粒子化学键断裂而产生大量量子化弯曲结构物，碳粒子悬浊液经过在量子化制备系统中循环处理６～１５小时，监控检验ｐＨ等于２～３、电动势等于２８０ｍｖ～３６０ｍｖ即可输出。...

【技术特征摘要】
1、一种量子化碳材料素材液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：①将石墨质碳材料研磨成300～800目的粉末状；②向石墨质碳粉末中加入适量的非离子水和双氧水H2O2进行混合，使其中碳粒子的浓度为4～8‰，其中加入双氧水H2O2和水的体积比为1～5：1000，制成混合液；③将混合液通入碳粒子悬浊液制备设备中的氧化阳极进行水溶液电化学处理，混合液在电场场致作用以及电化学氧化作用下，碳粉末在阳极周围会如雾般析出，析出物以胶态悬浮于水溶液中，形成碳粒子悬浊液，控制电场电压在10～50v或控制电流在10～50A下将所述碳粒子悬浊液多次循环处理200～500小时，将其控制在碳粒子为100nm～200nm、pH等于2～3、电动势等于260mv～360mv；④将上述检测合格的碳粒子悬浊液通入量子化制备系统，所述量子化制备系统向胶态悬浮液中交替组合发射低频45千赫、中频100千赫和高频200千赫的三种超声波，使碳粒子化学键断裂而产生大量量子化弯曲结构物，碳粒子悬浊液经过在量子化制备系统中循环处理6～15小时，监控检验pH等于2～3、电动势等于280mv～360mv即可输出。2、根据权利要求1所述的量子化碳材料素材液的制备方法，其特征在于：所述步骤①中的石墨质碳材料为结晶质、非晶质、天然或人工的碳材料。3、根据权利要求2所述的量子化碳材料素材液的制备方法，其特征在于：所述步骤④中量子化制备系统由非线性量子能脉冲发生器向其提供高能量，所述碳粒子悬浊液通过单孔或多孔射流嘴，经正量子能发射导流筒、谐振导流筒、导流孔、负量子能发射导流筒进入量子共振腔获得更大的能量后，再经多孔射流嘴向高能多频段聚焦超声波室发射射流，多波段超声波发生器和多簇超声发射振子焦聚在一点，瞬间产生巨大能量，并和射流相聚对撞，碳微粒子在此获得巨大的能量，并在可控条件下产生多种类弯曲壳结构量子化碳材料。4、利用权利要求1所述的方法制备的量子化碳材料素材液，其特征在于：其中碳粒子浓度为4～8‰，所述碳粒子的粒径在0.6～0.9nm范围内的约占30％；在1～5nm范围内的约占60％；在10nm以上的约占10％。5、一种用于制备权利要求1-4任一项所述的量子化碳材料素材液的设备，其特征在于：包括通过管路连接在一起的浓度配比控制混合设备(1)、碳粒子悬浊液制备设备(2)和量子化制备系统(3)，所述浓度配比控制混合设备(1)包括混合容器(11)和与其相连的进料口(12)、进水阀(13)、回流阀(14)和放流阀(15)；所述碳粒子悬浊液制备设备(2)包括交流或直流电源(21)、氧化阳极(22)、氧化阴极(23)以及盛溶液的电解容器(24)，所述氧化阳极(22)为中空的圆棒状，上...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄镐淳，李斗哲，朱光华，
申请(专利权)人：北京三昌宇恒科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]