碳纳米材料的制备装置及工艺制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种碳纳米材料的制备装置及工艺，碳纳米材料的制备装置包括：弧光反应系统，包括弧光反应腔室、产物采集组件和至少一组电极，弧光反应腔室具有进口和出口，电极均设置在弧光反应腔室内，每组电极均包括阴极和阳极，且阴极和阳极间隔对称设置在弧光反应腔室的进口和出口的连线的两侧，产物采集组件设置在弧光反应腔室内并位于出口处；气固混合系统，与弧光反应腔室的进口连接，气固混合系统能够向弧光反应腔室输入制备所需的材料；能源保障系统，与弧光反应系统电连接。本发明专利技术的有益效果是，避免阴极和阳极损耗，可以实现碳纳米材料的连续生产，提高生产效率。

Preparation and process of carbon nanomaterials

The invention provides a preparation device and process for carbon nano-materials. The preparation device of carbon nano-materials includes an arc reaction system, including an arc reaction chamber, a product collection module and at least one set of electrodes. The arc reaction chamber has an inlet and an outlet, and the electrodes are arranged in the arc reaction chamber, each set of electrodes are enclosed. The cathode and anode are arranged symmetrically on both sides of the connection line between the inlet and outlet of the arc reaction chamber, and the product acquisition module is arranged in the arc reaction chamber and at the outlet; the gas-solid mixing system is connected with the inlet of the arc reaction chamber, and the gas-solid mixing system can input into the arc reaction chamber. The necessary materials are prepared; the energy support system is electrically connected with the arc reaction system. The invention has the beneficial effect of avoiding cathode and anode loss, realizing continuous production of carbon nanometer materials and improving production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米材料的制备装置及工艺
本专利技术涉及纳米材料制备
，具体涉及碳纳米材料的制备装置及工艺。
技术介绍
等离子体是物质存在的一种基本形态，早在19世纪初，人们就通过气体放点的方式了解等离子体，直到1928年，美国诺贝尔奖得主Langmuir首次使用“Plasma”一词形容于1927年在实验过程中发现的离子化气体，开启了等离子体物理研究的时代。等离子体总体成电中性，由电子、离子、中性粒子组成，其中电子的带电量等于离子的带电量，整个等离子体体系成电中性。等离子体技术是把等离子体作为工具的一种新型研究领域，具有节能、环境友好等特点，在材料制备、表面处理、环境净化、医疗消毒、军事航天等方面具有重要的作用。等离子体的发现对各行各业，无论是传统技术的改进还是新技术的推进，都将产生巨大的影响，等离子体技术推进着社会的发展，对未来社会带来巨大的经济效益；减少能耗，学者们将等离子体技术与常规碳纳米材料制备方法相结合，提出了等离子体辅助制备碳纳米材料，如弧光法制备碳纳米管、微波等离子体辅助制备石墨烯等。现有弧光法制备碳纳米材料相关专利均以碳棒作为阴极和阳极，在阳极上沉积碳纳米材料，但是阴极碳棒消耗较快，需经常跟换，且均为单极发射，不利于连续生产。
技术实现思路
本专利技术提供了一种碳纳米材料的制备装置及工艺，以达到连续生产的目的。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳纳米材料的制备装置，包括：弧光反应系统，包括弧光反应腔室、产物采集组件和至少一组电极，弧光反应腔室具有进口和出口，电极均设置在弧光反应腔室内，每组电极均包括阴极和阳极，且阴极和阳极间隔对称设置在弧光反应腔室的进口和出口的连线的两侧，产物采集组件设置在弧光反应腔室内并位于出口处；气固混合系统，与弧光反应腔室的进口连接，气固混合系统能够向弧光反应腔室输入制备所需的材料；能源保障系统，与弧光反应系统电连接。进一步地，弧光反应系统包括多组电极，沿进口和出口连线方向，多组电极平行间隔设置；产物采集组件包括石英舟、基体箔片和过滤网，基体箔片设置在石英舟上并形成产物采集单元，相邻两组电极之间均设置有一个产物采集单元，出口与相邻的一组电极之间也设置有产物采集单元，过滤网罩设在出口处。进一步地，气固混合系统包括储气罐组件、气管、送粉组件和喷嘴，气管的入口端与储气罐组件连接，气管的出口端与喷嘴连接，喷嘴与弧光反应腔室的入口固定连接，送粉组件与气管连通并能够向气管中输送固体粉末。进一步地，储气罐组件为多组，并联设置在气管的入口端，每组储气罐组件均包括储气罐、减压阀和气体流量计，储气罐与气管的入口连接，减压阀和气体流量计设置在储气罐与气管的入口之间的连接管路上。进一步地，送粉组件包括送粉装置和碳粉储存瓶，送粉装置的入口端与碳粉储存瓶相连，送粉装置的出口端与气管连通。进一步地，能源保障系统包括供电电源和高频引弧器，供电电源具有正极和负极，高频引弧器分别连接正极与所有阳极，负极与阴极连接。进一步地，弧光反应腔室的出口连接有真空泵，在真空泵与弧光反应腔室的出口之间的连接管路上设置有真空计。进一步地，弧光反应腔室的侧壁上设置有观测窗。进一步地，弧光反应腔室上设置有冷却水入口和冷却水出口。本专利技术还提供了一种碳纳米材料的制备工艺，采用上述的碳纳米材料的制备装置进行制备，碳纳米材料的制备工艺包括以下步骤：步骤10、对弧光反应腔室进行抽真空，由气固混合系统中引入保护气体对试验回路进行冲扫，待冲扫结束后调节保护气体氛围至试验所需条件；步骤20、开启并调节能源保障系统，使弧光反应腔室内产生稳定电弧；步骤30、由气固混合系统中向弧光反应腔室引入试验所需的材料，并在高温条件下进行制备操作；步骤40、反应结束后，待弧光反应腔室冷却后，收集产物采集组件上的产物。本专利技术的有益效果是，采用气固混合系统引用制备所需材料，使生产的碳纳米管在产物采集组件上进行生成，避免阴极和阳极损耗，同时采用一级或者多级弧光制备碳纳米材料，可以实现碳纳米材料的连续生产，提高生产效率。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例的结构示意图；图2为本专利技术实施例中弧光反应腔室的结构示意图。图中附图标记：1、储气罐；2、减压阀；3、气体流量计；4、气管；5、碳粉储存瓶；6、开关；7、冷却水入口；8、夹具；9、阴极；10、过滤网；11、真空计；12、真空泵；13、供电电源；14、电缆；15、高频引弧器；16、冷却水出口；17、基体箔片；18、阳极；19、石英舟；20、弧光反应腔室；21、喷嘴；22、送粉装置；23、阴极接口；24、观测窗；25、阳极接口；26、喷嘴接口。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1和图2所示，本专利技术实施例提供了一种碳纳米材料的制备装置，包括弧光反应系统、气固混合系统和能源保障系统。弧光反应系统包括弧光反应腔室20、产物采集组件和至少一组电极，弧光反应腔室20具有进口和出口，电极均设置在弧光反应腔室20内，每组电极均包括阴极9和阳极18，且阴极9和阳极18间隔对称设置在弧光反应腔室20的进口和出口的连线的两侧，产物采集组件设置在弧光反应腔室20内并位于出口处。气固混合系统与弧光反应腔室20的进口连接，气固混合系统能够向弧光反应腔室20输入制备所需的材料。能源保障系统与弧光反应系统电连接。本专利技术实施例采用气固混合系统引用制备所需材料，使生产的碳纳米管在产物采集组件上进行生成，避免阴极9和阳极18损耗，同时采用一级或者多级弧光制备碳纳米材料，可以实现碳纳米材料的连续生产，提高生产效率。本专利技术实施例中弧光反应系统主要是利用产生的高温等离子体裂解原料并在腔室壁或特定的基体(产物采集组件)上生成碳纳米材料。其中，需要说明的是，上述每组电极的阴极9和阳极18的轴线均共线，且分别位于弧光反应腔室20的进口和出口连线的上下两侧。即阳极18和阴极9沿竖直方向设置，阴极9位于阳极18的上方，且阳极18和阴极9的轴线连线垂直相交于弧光反应腔室20的水平轴线(入口和出口连线为水平轴线)。上述阴极9和阳极18均为钨电极，可以是钨铜电极、铈铜电极或其他钨电极，其阳极18的截面尺寸(水平截面尺寸)小于阴极9的截面尺寸(水平截面尺寸)。本专利技术实施例中弧光反应系统包括多组电极，沿进口和出口连线方向，多组电极平行间隔设置。即沿图1中水平方向，多组电极从左至右间隔设置。上述弧光反应系统可以是一级、二级、三级或多级的并联，根据不同需要进行选取，其中本专利技术实施例是三级弧光反应系统，即有三组间隔设置的电极。弧光反应腔室20的入口位于左侧，弧光反应腔室20的出口位于右侧。弧光反应腔室20具有阴极接口23和阳极接口25，上述阴极接口23和阳极接口25上均螺纹固定有夹具8，上述阳极18和阴极9均为圆柱形，且上述阳极18和阴极9均固定在夹具8中。其中，该夹具8可以为陶瓷或其他绝缘耐高温材料制成。优选地，为了保证相邻两组电极之间的距离，本专利技术实施例的弧光反应腔室20还在侧壁上设置有观测窗24，用于观察相邻两组电极的位置。本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米材料的制备装置，其特征在于，包括：弧光反应系统，包括弧光反应腔室(20)、产物采集组件和至少一组电极，弧光反应腔室(20)具有进口和出口，所述电极均设置在弧光反应腔室(20)内，每组所述电极均包括阴极(9)和阳极(18)，且阴极(9)和阳极(18)间隔对称设置在弧光反应腔室(20)的所述进口和所述出口的连线的两侧，所述产物采集组件至少设置在弧光反应腔室(20)内并位于所述出口处；气固混合系统，与弧光反应腔室(20)的所述进口连接，所述气固混合系统能够向弧光反应腔室(20)输入制备所需的材料；能源保障系统，与所述弧光反应系统电连接。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米材料的制备装置，其特征在于，包括：弧光反应系统，包括弧光反应腔室(20)、产物采集组件和至少一组电极，弧光反应腔室(20)具有进口和出口，所述电极均设置在弧光反应腔室(20)内，每组所述电极均包括阴极(9)和阳极(18)，且阴极(9)和阳极(18)间隔对称设置在弧光反应腔室(20)的所述进口和所述出口的连线的两侧，所述产物采集组件至少设置在弧光反应腔室(20)内并位于所述出口处；气固混合系统，与弧光反应腔室(20)的所述进口连接，所述气固混合系统能够向弧光反应腔室(20)输入制备所需的材料；能源保障系统，与所述弧光反应系统电连接。2.根据权利要求1所述的碳纳米材料的制备装置，其特征在于，所述弧光反应系统包括多组所述电极，沿所述进口和所述出口连线方向，多组所述电极平行间隔设置；所述产物采集组件包括石英舟(19)、基体箔片(17)和过滤网(10)，基体箔片(17)设置在石英舟(19)上并形成产物采集单元，相邻两组电极之间均设置有一个所述产物采集单元，所述出口与相邻的一组所述电极之间也设置有所述产物采集单元，过滤网(10)罩设在所述出口处。3.根据权利要求1所述的碳纳米材料的制备装置，其特征在于，所述气固混合系统包括储气罐组件、气管(4)、送粉组件和喷嘴(21)，气管(4)的入口端与所述储气罐组件连接，气管(4)的出口端与喷嘴(21)连接，喷嘴(21)与弧光反应腔室(20)的所述入口固定连接，所述送粉组件与气管(4)连通并能够向气管(4)中输送碳粉。4.根据权利要求3所述的碳纳米材料的制备装置，其特征在于，所述储气罐组件为多组，并联设置在气管(4)的入口端，每组储气罐组件均包括储气罐(1)、减压阀(2)和气体流量计(3)，储气罐(1)与气管(4)的入...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭岩宝，谭海，王德国，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11