用于从燃烧发动机排气制备碳纳米管的系统技术方案

公开了一种过滤系统，其使用过滤器将汽车排气中的废气转化为碳纳米管。例如铁盐的金属盐可以借助于使用藻类生物柴油与柴油燃料混合，以确保所述金属盐于所述柴油燃料中的均质悬浮液。所述金属盐形成适合催化剂，以使碳纳米管在放置在所述柴油燃烧排气路径中的过滤器上生长。过滤器表面可以由类似催化剂的铁构成。所述过滤器可以沿着排气流线的所述路径优选地以大于5度并且小于15度的角度放置。将所述过滤器加热到200‑1000摄氏度范围内的温度。本发明专利技术中描述的过滤器可以自身操作或补充现有过滤系统。所述过滤系统可以制备为商业上有价值的合成碳纳米管的材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本专利申请要求美国专利申请第14/166,448号的优先权，美国专利申请第14/166,448号是2013年7月9日提交的美国专利申请第13/937,927号的部分继续申请，美国专利申请第13/937,927号是2012年9月21日提交的美国专利申请第13/624,409号、即现在的美国专利第8,480,992号的接续专利申请，美国专利申请第13/624,409号是2009年7月2日提交、现在放弃了的美国专利申请第12/496,808号的接续专利申请，这些美国专利申请以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及一种将汽车排气废气转化为碳纳米管的系统和方法。
技术介绍
不完全燃烧、尤其柴油发动机中的不完全燃烧产生了可能促成全球变暖和潜在健康危害的黑碳和许多烃气体。将烃和一氧化碳转化为二氧化碳和水的氧化催化剂在文献中已知。因其移除90％微粒的效率而已知的陶瓷过滤器需要至少高达500摄氏度的温度和富氧排气条件。适于捕获微粒的过滤系统已经公开于美国专利第5,167,765号和第5,755,963号中。尽管如此，常规过滤器并不教授将来自燃烧发动机排气的废气转化为商业上可用的产物。
技术实现思路
公开了一种在排气系统内将燃烧发动机的排气废气转化为碳纳米管的系统和方法，所述排气系统与所述燃烧发动机流体连通。在至少一个实施例中，所述系统可以包括将燃烧发动机的废气排气转化为碳纳米管的过滤器和工艺。所述燃烧发动机可以用于众多应用，例如但不限于用作汽车燃烧发动机。在至少一个实施例中，所述系统和方法的各方面包括过滤器材料、过滤器材料的处理、过滤器材料的排列和产出最大量碳纳米管的工艺。所述系统和方法还可以包括使用具有一种或多种金属盐的燃料18，其在于燃烧发动机内燃烧后在燃烧腔室的下游、例如但不限于在所述排气系统内产生碳纳米管。在至少一个实施例中，所述系统包括从汽车发动机排气废气合成碳纳米管的过滤器和工艺。在一个实施例中，所述过滤器可以由铁板构成，所述铁板在放置在所述排气系统中之前被抛光。在另一实施例中，由Fe、Al、Ni和Co制成的薄金属膜可以沉积在金属或非金属层上并且放置在所述排气废气的流线中。所述系统可以在仅作微小修改情况下安装在当前存在的排气系统上。所述系统的所述过滤器可以单独地或与其它过滤系统结合起作用。可以在过滤器表面上形成的所述碳纳米管是可回收的并且可以用于许多碳纳米管(CNT)应用。所述在与所述燃烧发动机流体连通的排气系统内将燃烧发动机的排气废气转化为碳纳米管的方法可以包括通过使包括金属盐的燃料燃烧而产生燃烧发动机排气，和将一个或多个过滤器加热到至少200摄氏度。所述过滤器可以放置在燃烧发动机的下游，例如在排气系统内。例如但不限于铁盐的一种或多种金属盐可以悬浮于例如但不限于柴油燃料的燃料中，以提供供碳纳米管形成用的催化剂。悬浮液可以通过以下方式形成：将一种或多种金属盐引入混合于乙醇中的藻类生物柴油或含脂肪酸的油中，并且然后引入化石燃料柴油中以形成均质悬浮液。所述金属盐增加了碳纳米管在所述过滤器上的形成。下文更详细地描述这些和其它实施例。附图说明并入说明书中并且形成说明书的一部分的附图说明了本专利技术的实施例，并且与实施方式一起公开了本专利技术的原理。图1是展示微粒在放置在排气路径中的聚合物过滤器上的形成的SEM图。图2是展示在不存在局部加热的情况下微粒在过滤器材料上的形成的SEM图。图3是展示当过滤器沿着排气废气的流线水平地放置时，碳纳米管的形成的SEM图。图4是展示当过滤器距排气流线5度地放置时，碳纳米管的形成的SEM图。图5是展示微粒在过滤器上的形成的SEM图，所述过滤器放置在来自铁盐浓度为2mg/ml的燃料18的燃烧的排气路径中。图6是展示微粒在过滤器上的形成的SEM图，所述过滤器放置在来自铁盐浓度为1mg/ml的燃料18的燃烧的排气路径中。图7是展示微粒在过滤器上的形成的SEM图，所述过滤器放置在来自铁盐浓度为0.05mg/ml的燃料18的燃烧的排气路径中。图8是可用以在与燃烧发动机流体连通的排气系统内将燃烧发动机的排气废气转化为碳纳米管的系统的示意图。具体实施方式如图1-8所示，公开了在排气系统14内将燃烧发动机12的排气废气转化为碳纳米管的系统10和方法，所述排气系统14与燃烧发动机12流体连通。在至少一个实施例中，系统10可以包括将燃烧发动机12的废气排气转化为碳纳米管的过滤器16和工艺。燃烧发动机12可以用于众多应用，例如但不限于用作汽车燃烧发动机。在至少一个实施例中，系统10和方法的各方面包括过滤器材料16、过滤器材料的处理、过滤器材料的排列和产出最大量碳纳米管的工艺。系统10和方法还可以包括使用具有一种或多种金属盐的燃料18，其在于燃烧发动机12内燃烧后在燃烧腔室的下游、例如但不限于在排气系统14内产生碳纳米管。在至少一个实施例中，系统10可以包括放置在燃烧发动机12的下游的过滤器16。过滤器16可以由能够耐受由燃烧发动机12产生的例如热的环境的任何适当材料形成。在至少一个实施例中，过滤器16可以由例如厚度小于1mm的薄的过滤器材料形成，并且可以由例如但不限于铁金属的金属形成。在至少一个实施例中，形成过滤器16的过滤器材料可以由例如但不限于纯铁片的纯铁形成。在另一实施例中，过滤器16可以由具有低百分比碳、例如但不限于0.05或更少的碳的碳化钢形成。在另一实施例中，薄铁层可以布置在聚合物或金属薄片上。薄层可以通过一种或多种物理工艺制造，所述工艺例如但不限于脉冲激光沉积或烧蚀工艺。在使用碳化钢或铁的情况下，抛光流程可以用以使表面上的铁粒暴露。对于如先前所描述的薄层沉积，可能不需要此类工艺。过滤器16可以安置于例如汽车发动机的燃烧发动机的排气废气路径中。过滤器16可以成从排气废气的流线测量为小于45度角度地放置，并且在至少一个实施例中可以成小于15度地放置。在至少一个实施例中，过滤器16可以与排气流成5度与15度之间角度地放置。因此，可以引导燃烧发动机排气通过表面相对于排气流成5度与15度之间角度地偏斜的过滤器16。需要局部加热过滤器16或其周围介质来激活碳纳米管形成。尽管700摄氏度范围内的温度是优选的，但低到200摄氏度的温度已经展示了碳纳米管形成。管形成效率是过滤器角度和过滤器位置处的温度的函数。在至少一个实施例中，碳纳米管可以在过滤器16的暴露表面上形成，以便碳纳米管可以由平均直径在20与50nm之间并且平均长度在一微米与10微米之间的多壁碳纳米管形成。如图5-7中所示，在与燃烧发动机12流体连通的排气系统14内将燃烧发动机12的排气废气转化为碳纳米管的方法包括通过使包括金属盐的燃料18燃烧而产生燃烧发动机排气，和将一个或多个过滤器16加热到至少200摄氏度。所述方法还包括使燃烧发动机排气通过安置于燃烧发动机12的排气系统14内的过滤器16，其中碳纳米管在过滤器16的暴露表面上形成。在至少一个实施例中，所述方法可以包括用于将柴油发动机排气转化为碳纳米管的工艺。如图8中所示，一个或多个过滤器16可以放置在燃烧发动机12的下游在从燃烧发动机12流出的至少一部分排气中。所述方法可以包括通过使包括金属盐的燃料18燃烧而产生燃烧发动机排气，其中金属盐可以是但不限于铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在排气系统内将燃烧发动机的排气废气转化为碳纳米管的方法，所述排气系统与所述燃烧发动机流体连通，所述方法包含：通过使包括金属盐的燃料18燃烧而产生燃烧发动机排气；将至少一个过滤器加热到至少200摄氏度；和使燃烧发动机排气通过安置于所述燃烧发动机的所述排气系统内的所述至少一个过滤器，其中碳纳米管在所述至少一个过滤器的暴露表面上形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.28 US 14/166,4481.一种在排气系统内将燃烧发动机的排气废气转化为碳纳米管的方法，所述排气系统与所述燃烧发动机流体连通，所述方法包含：通过使包括金属盐的燃料18燃烧而产生燃烧发动机排气；将至少一个过滤器加热到至少200摄氏度；和使燃烧发动机排气通过安置于所述燃烧发动机的所述排气系统内的所述至少一个过滤器，其中碳纳米管在所述至少一个过滤器的暴露表面上形成。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过使包括金属盐的燃料燃烧而产生燃烧发动机排气包含通过使包括铁盐的燃料燃烧而产生燃烧发动机排气。3.根据权利要求1所述的方法，其中通过使包括金属盐的燃料燃烧而产生燃烧发动机排气包含通过使包括铁盐的柴油燃料燃烧而产生燃烧发动机排气。4.根据权利要求1所述的方法，其中通过使包括金属盐的燃料燃烧而产生燃烧发动机排气包含通过使包括铁盐的柴油燃料燃烧而产生燃烧发动机排气，其中所述柴油燃料由藻类生物柴油燃料和化石柴油燃料的混合物形成。5.根据权利要求1所述的方法，其中通过使包括金属盐的燃料燃烧而产生燃烧发动机排气包含通过使包括铁盐的柴油燃料燃烧而产生燃烧发动机排气，其中所述柴油燃料由藻类生物柴油燃料、乙醇和化石柴油燃料的混合物形成。6.根据权利要求1所述的方法，其中通过使包括金属盐的燃料燃烧而产生燃烧发动机排气包含通过使包括铁盐的柴油燃料燃烧而产生燃烧发动机排气，其中所述柴油燃料由1％与10％之间的藻类生物柴油燃料、1％与10％之间的乙醇和剩余百分比的化石柴油燃料的混合物形成。7.根据权利要求1所述的方法，其中通过使包括金属盐的燃料燃烧而产生燃烧发动机排气包含通过使包括铁盐的柴油燃料燃烧而产生燃烧发动机排气，其中所述柴油燃料由约5％藻类生物柴油燃料、约5％乙醇和约90％化石柴油燃料的混合物形成。8.根据权利要求1所述的方法，其中通过使包括金属盐的燃料燃烧而产生燃烧发动机排气包含通过使包括铁盐的柴油燃料燃烧而产生燃烧发动机排气，所述柴油燃料的浓度在1mg金属盐/ml燃料与4mg金属盐/ml燃料之间。9.根据权利要求8所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·海克，S·艾德达贾，
申请(专利权)人：阿联酋大学，
类型：发明
国别省市：阿联酋;AE