用于电子辐照洗涤的装置和方法制造方法及图纸

本公开内容涉及通过暴露至电子来洗涤气体的方法及其装置。这样的方法和装置可以被用来减少化石燃料燃烧(例如为船舶提供动力)所产生的有害排放物。根据第一方面，提供了一种用于电子辐照洗涤的装置，该装置包括：一个阳极；一个阴极；一个纳米结构，该纳米结构被定位在该阳极和该阴极之间，该纳米结构被配置为当在该阳极和该阴极之间建立电势差时响应于该阳极和该阴极之间电场的存在而场致发射电子；以及一个壳体，该壳体被耦合至该纳米结构并且被配置用于定位该纳米结构，以使得它延伸到容纳待被洗涤的气体的容器内，使得该容器的内部能够被暴露至电子。根据本发明专利技术的又一些方面，提供了包括这样的装置的系统以及利用这样的装置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电子辐照洗涤的装置和方法本公开内容涉及通过暴露至电子来洗涤气体的方法及其装置。它可以特别应用于例如烟道气体洗涤。这样的方法和装置可以例如被用来减少化石燃料燃烧(例如为船舶提供动力)所产生的有害排放物。对减少使用化石燃料和其他过程所产生的排放物并且使所述排放物“更清洁”(即，危害性较小)的要求不断增加。期望的是减少排放一些会带来气候变化和/或以其他方式(例如，通过危害人类健康、动物健康或植物健康和/或损害自然结构或人造结构(诸如，通过产生酸雨))损害环境的污染物。因此，政府和政府间组织正在对某些污染物的排放执行法定限值。例如，2008年10月，国际海事组织(IMO)(负责海事安全和安保以及防止海洋污染的联合国机构)采用新标准以控制来自船舶的废气排放。新方案要求船舶在国际水域中始终将排放控制到关于硫氧化物和氮氧化物的全球标准限值。另外，在距陆地约200海里内也存在硫排放控制区域(SECA或ECA)，在该区域内，要求船舶遵守更严格的限值。美利坚合众国和加拿大递交了对于沿着它们的全部海岸线的ECA的共同申请，该共同申请于2010年3月被认可。在波罗的海也存在ECA，且预计欧盟将效仿，指定更多ECA。新规定要求船舶到2015年在ECA内且到2020年(或经过修订，到2025年)国际性地且在海上始终将硫氧化物的排放减少85％且将氮氧化物的排放减少80％。满足这些规定的当前偏爱的解决方案是减少氮氧化物的选择性催化还原(“洗涤器”)技术以及减少硫氧化物的转变为低硫含量燃料技术的组合。此解决方案需要对当前船舶进行一些修改(在结构上和在发动机上)，这些船舶通常被设计成用高硫含量燃料(可用的最具成本效益的燃料)高效运行。洗涤器技术也常常涉及使用催化剂，所述催化剂可能是昂贵的且需要在使用时更换催化剂。船舶上最常用的洗涤器技术涉及在洗涤塔或烟囱中将洗涤液体喷淋在废气之上。洗涤液体通常是淡水与苛性钠的混合物。然而，船舶(特别是巡游船舶)上的淡水储存通常是有限的，且需要为船员、乘客饮用和洗涤以及厨房设备洗涤预留很多。由于成本以及设备占用的空间量，船上海水淡化常常是不可行的。此外，一旦使用过，洗涤液体必须被存储以便在陆地上的污水厂中进行处理，或乳胶分解设备必须被固定在船上以处理洗涤液体，以使得当向船外排放时它对海洋生物无害。通常在船上存在有限的空间用于存储罐或乳胶分解设备。一种用于处理来自化石燃料燃烧设施(例如发电站)和来自市政固体废物燃烧焚化炉的烟道排放物的无催化剂洗涤器技术是电子束烟道气体处理(EBFGT)。EBFGT通过转化成无毒硫酸-硝酸铵(可用作农业化肥)来以低能量成本从烟道气体移除硫氧化物和氮氧化物。此技术涉及使传递通过电子束反应器的烟道气体潮湿化，在电子束反应器内，高能电子轰击水和氧气，从而产生与硫氧化物和氮氧化物反应以形成硫酸和硝酸的强试剂。这些与注入的氨气反应以形成氨的硫酸盐和硝酸盐。电子束反应器由一排电子束加速器(特别是双栅格四极管电极枪)形成，其中阴极壳体被容纳在真空壳体内。自由电子在超净环境(被称为超高真空)中产生，在超净环境中，压力比大气压力的幅值低12个数量级。然后电子被加速并且被发送通过铝膜或钛膜，所述铝膜或钛膜将超高真空环境与污染物气体在其内流动的烟道堆分隔。通过铝膜的电子与气体分子碰撞并且开始减少污染物的化学链式反应。然而，只有非常低比例的电子(19,000,000个中有约1个)通过金属膜，因此该过程效率低。另外，由于电子加速器安装，所以这样的EBFGT系统的实施需要非常大的资金成本。电子加速器也需要频繁维护。此外，为了冗余目的，必须实施多个加速器。对超高真空的需求尤其增加了费用并且可能带来加速器故障。由于电子加速器设备的复杂性，所以尚未在船上使用EBFGT技术。根据第一方面，提供了一种用于电子辐照洗涤的装置，所述装置包括：一个阳极；一个阴极；一个纳米结构，所述纳米结构被定位在所述阳极和所述阴极之间，所述纳米结构被配置为当在所述阳极和所述阴极之间建立电势差时响应于所述阳极和所述阴极之间电场的存在而场致发射电子；以及一个壳体，所述壳体被耦合至所述纳米结构并且被配置用于定位所述纳米结构，以使得所述壳体延伸到容纳待被洗涤的气体的容器内，使得所述容器的内部能够被暴露至所述电子。所述纳米结构可以具有至少1000、可选地至少5000、可选地至少10,000的纵横比。所述纳米结构可以是碳、硅或钛氧化物纳米线、纳米管或纳米角。所述纳米结构可以是碳纳米管(CNT)。所述纳米结构可以是多壁CNT(MWNT)或金属单壁CNT(金属SWNT)。所述纳米结构可以被电连接至所述阴极。所述装置还可以包括一个附加电子源，所述附加电子源被配置为使自由电子撞击到所述CNT上，以从所述CNT诱发受激电子场致发射。所述附加电子源可以是另一纳米结构。所述装置还可以包括一个电源连接件，所述电源连接件被可操作地耦合至所述纳米结构。所述连接件可以被配置为向所述纳米结构提供电压脉冲。所述装置可以包括一个纳米结构阵列，所述纳米结构阵列被定位在所述阳极和所述阴极之间并且被电连接至所述阴极，所述纳米结构是所述纳米结构阵列中的一个纳米结构，所述阵列被配置为当在所述阳极和所述阴极之间建立电势差时响应于所述阳极和所述阴极之间电场的存在而场致发射电子。所述阵列可以由以下组成：多壁CNT(MWNT)和/或单壁CNT(SWNT)。所述阵列可以包括比半导体SWNT更多的金属SWNT。所述阵列的相邻纳米结构可以分隔开小于或等于400nm的距离。所述装置还可以包括一个衬底，在所述衬底上形成所述阵列。所述衬底可以是导电的。所述衬底可以被包括在所述阴极中或被电连接至所述阴极。所述衬底可以包括硅和金属中的一种或两种。所述硅可以是高掺杂导电硅。所述硅可以至少在形成有所述阵列的一侧上涂敷有铝。所述金属可以包括钛、和/或钛合金、和/或铝、和/或铝合金、和/或铜、和/或铜合金。所述金属可以被抛光。所述装置还可以包括一个加热元件，所述加热元件被布置成加热所述纳米结构。所述加热元件可以被布置成与所述衬底的、与存在所述阵列的那侧相反的一侧热接触，使得所述加热元件能够使热量通过所述衬底传导到所述阵列。所述装置还可以包括一个电流控制电源，所述电流控制电源被配置为通过欧姆加热来加热所述衬底。所述电流控制电源可以通过所述阴极接地。所述装置还可以包括一个电压控制电源，所述电压控制电源被配置为向所述连接件提供所述电压脉冲。所述电压控制电源可以：被电连接在所述连接件和所述阳极之间；且通过所述阴极接地。所述纳米结构可以至少部分地涂覆有具有小于4eV的逸出功的材料。所述材料可以包括铯或铪。涂层材料可以具有至少400℃的熔点。所述纳米结构可以至少部分地涂覆有催化涂层。所述催化涂层可以包括氧化钒、氧化锌或三氧化钨中的一种或多种。所述催化涂层可以被施加在稳定涂层(诸如二氧化钛)之上。所述阵列可以包括以下中的至少两个的组合：一个或多个未涂敷的纳米结构；一个或多个至少部分地涂覆有具有小于4eV的逸出功的材料的纳米结构；以及，一个或多个至少部分地涂覆有催化涂层的纳米结构。所述纳米结构可以是中空的，它的内部被至少部分地填充有加强材料，所述加强材料可选地包括过渡金属，诸如钛、铁或铜。所述加强材料可以包括所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电子辐照洗涤的装置，所述装置包括：一个阳极；一个阴极；一个纳米结构，所述纳米结构被定位在所述阳极和所述阴极之间，所述纳米结构被配置为当在所述阳极和所述阴极之间建立电势差时响应于所述阳极和所述阴极之间电场的存在而场致发射电子；以及一个壳体，所述壳体被耦合至所述纳米结构并且被配置用于定位所述纳米结构，以使得所述壳体延伸到容纳待被洗涤的气体的容器内，使得所述容器的内部能够被暴露至所述电子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.02 GB 1517477.41.一种用于电子辐照洗涤的装置，所述装置包括：一个阳极；一个阴极；一个纳米结构，所述纳米结构被定位在所述阳极和所述阴极之间，所述纳米结构被配置为当在所述阳极和所述阴极之间建立电势差时响应于所述阳极和所述阴极之间电场的存在而场致发射电子；以及一个壳体，所述壳体被耦合至所述纳米结构并且被配置用于定位所述纳米结构，以使得所述壳体延伸到容纳待被洗涤的气体的容器内，使得所述容器的内部能够被暴露至所述电子。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述纳米结构具有至少1000、可选地至少5000、可选地至少10000的纵横比。3.根据权利要求1或2中的任一项所述的装置，其中所述纳米结构是碳、硅或钛氧化物纳米管、纳米线或纳米角。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述纳米结构是碳纳米管(CNT)。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述纳米结构是多壁CNT(MWNT)或金属单壁CNT(金属SWNT)。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的装置，其中所述纳米结构被电连接至所述阴极。7.根据权利要求4或从属于权利要求4的权利要求5或6中的任一项所述的装置，还包括一个附加电子源，所述附加电子源被配置为使自由电子撞击到所述CNT上，以从所述CNT诱发受激电子场致发射。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述附加电子源是另一纳米结构。9.根据前述任一项权利要求所述的装置，还包括一个电源连接件，所述电源连接件被可操作地耦合至所述纳米结构并且被配置为向所述纳米结构提供电压脉冲。10.根据前述任一项权利要求所述的装置，包括一个纳米结构阵列，所述纳米结构阵列被定位在所述阳极和所述阴极之间并且被电连接至所述阴极，所述纳米结构是所述纳米结构阵列中的一个纳米结构，所述阵列被配置为当在所述阳极和所述阴极之间建立电势差时响应于所述阳极和所述阴极之间电场的存在而场致发射电子。11.根据直接或间接从属于权利要求4的权利要求10所述的装置，其中所述阵列由以下组成：多壁CNT(MWNT)；和/或单壁CNT(SWNT)，可选地其中所述阵列包括比半导体SWNT更多的金属SWNT。12.根据权利要求10或11中的任一项所述的装置，其中所述阵列的相邻纳米结构分隔开小于或等于400nm的距离。13.根据权利要求10至12中的任一项所述的装置，还包括一个衬底，所述阵列形成在所述衬底上。14.根据权利要求13所述的装置，其中所述衬底被包括在所述阴极中或被电连接至所述阴极。15.根据权利要求13或14中的任一项所述的装置，其中所述衬底包括硅和金属中的一种或两种；所述硅可选地是高掺杂导电硅，可选地至少在形成有所述阵列的一侧上涂敷有铝；所述金属可选地包括钛、和/或钛合金、和/或铝、和/或铝合金、和/或铜、和/或铜合金，且可选地被抛光。16.根据前述任一项权利要求所述的装置，还包括一个加热元件，所述加热元件被布置成加热所述纳米结构。17.根据直接或间接从属于权利要求13的权利要求16所述的装置，其中所述加热元件被布置成与所述衬底的、与存在有所述阵列的那侧相反的一侧热接触，使得所述加热元件能够使热量通过所述衬底传导到所述阵列。18.根据权利要求13或从属于权利要求13的权利要求14至17中的任一项所述的装置，还包括一个电流控制电源，所述电流控制电源被配置为通过欧姆加热来加热所述衬底。19.根据直接或间接从属于权利要求14且间接从属于权利要求9的权利要求18所述的装置，其中所述电流控制电源通过所述阴极接地；所述装置还包括一个电压控制电源，所述电压控制电源被配置为向所述连接件提供所述电压脉冲，其中所述电压控制电源：被电连接在所述连接件和所述阳极之间；且通过所述阴极接地。20.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中所述纳米结构至少部分地涂覆有具有小于4eV的逸出功的材料，所述材料可选地包括铯或铪。21.根据直接或间接从属于权利要求16或权利要求18的权利要求20所述的装置，其中涂层材料具有至少400℃的熔点。22.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中所述纳米结构至少部分地涂覆有催化涂层。23.根据权利要求22所述的装置，其中所述催化涂层包括氧化钒、氧化锌或三氧化钨中的一种或多种。24.根据权利要求22或23中的任一项所述的装置，其中所述催化涂层被施加在稳定涂层诸如二氧化钛之上。...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·米尚，
申请(专利权)人：达芙妮科技股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH