制备氮掺杂碳材料的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了制备氮掺杂碳材料的系统，包括：混合溶解装置，其具有无机氮源入口、水入口和无机氮源水溶液出口；回转炉，其在沿其前端墙到后端墙的方向上斜向下设置，回转炉内设有可转动的炉膛，从回转炉的前端墙到后端墙的方向上，炉膛内依次限定出进料区、气化掺杂反应区和出料区，进料区与气化掺杂反应区之间设有第一挡板，气化掺杂反应区和出料区之间设有第二挡板，进料区设有碳材料入口，气化掺杂反应区设有无机氮源水溶液入口，出料区设有氮掺杂碳材料出口和尾气出口，无机氮源水溶液入口与无机氮源水溶液出口相连。该系统可显著提高掺杂源的利用效率，同时可实现氮掺杂和孔径调节的同步进行，且工艺成本较低。

Systems for Preparing Nitrogen Doped Carbon Materials

【技术实现步骤摘要】
制备氮掺杂碳材料的系统
本技术属于碳材料掺杂改性领域，具体而言，本技术涉及制备氮掺杂碳材料的系统。
技术介绍
现有的碳材料孔径调节装置多是通过水蒸气发生器将水蒸气通入反应器内与碳材料进行反应，实现孔径调节。而现有的碳材料掺杂装置多是借助气氛炉等热解装置，将掺杂源与碳材料混合热解，大量掺杂源在升温过程中分解并随尾气排出，导致掺杂源消耗利用效率低，且掺杂效果不好。也即在现有技术中，碳材料的孔径调节和掺杂都分别在各自的系统内单独进行。通常是先对碳材料进行孔径调节再进行氮掺杂。整个工艺复杂且成本较高，同时存在掺杂工艺氮源消耗量大、利用率低的问题。因此，现有氮掺杂和孔径调节的技术有待进一步改进。
技术实现思路
本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出一种制备氮掺杂碳材料的系统。该系统可显著提高掺杂源的利用效率，同时可实现氮掺杂和孔径调节的同步进行，且工艺成本较低。在本技术的一个方面，本技术提出了一种制备氮掺杂碳材料的系统，根据本技术的实施例，该系统包括：混合溶解装置，所述混合溶解装置具有无机氮源入口、水入口和无机氮源水溶液出口；回转炉，所述回转炉在沿其前端墙到后端墙的方向上斜向下设置，所述回转炉内设有可转动的炉膛，从所述回转炉的所述前端墙到所述后端墙的方向上，所述炉膛内依次限定出进料区、气化掺杂反应区和出料区，所述进料区与所述气化掺杂反应区之间设有第一挡板，所述气化掺杂反应区和所述出料区之间设有第二挡板，所述进料区设有碳材料入口，所述气化掺杂反应区设有无机氮源水溶液入口，所述出料区设有氮掺杂碳材料出口和尾气出口，所述无机氮源水溶液入口与所述无机氮源水溶液出口相连。根据本技术实施例的制备氮掺杂碳材料的系统，通过将溶于水的无机氮源与水混合后供给至回转炉中，在回转炉内，碳材料通过碳材料入口送至进料区，无机氮源水溶液通过无机氮源水溶液入口送至气化掺杂反应区，在高温下，无机氮源水溶液瞬间气化为含氮水蒸气，随着炉膛的转动，碳材料进入气化掺杂反应区，水蒸气与进入气化掺杂反应区的碳材料不断进行反应，随着反应时间的延长，碳材料不断产生微孔，原有微孔孔壁烧塌，孔径变大，比表面积变大，随着反应时间的进一步延长，孔壁互相穿通，孔径继续变大，比表面积开始降低。同时氮元素也不断的与碳材料进行掺杂反应，碳材料中的碳与无机氮源中的氮发生反应生成含C-N键和/或C＝N、C≡N的氮掺杂碳材料。由此，实现了氮掺杂与孔径调节的同步进行，相较于现有将氮掺杂与孔径调节分开单独进行的技术，本申请的技术方案可显著提高氮源的利用率和氮掺杂效果，降低氮源的消耗量，同时工艺简单、成本低。另外，根据本技术上述实施例的制备氮掺杂碳材料的系统还可以具有如下附加的技术特征：任选的，所述回转炉与水平面的夹角α为2～30度。由此，可以保证物料的顺行。任选的，所述第一挡板和所述第二挡板垂直所述炉膛内壁布置。由此，可以保证物料在炉膛中的停留时间。任选的，上述系统包括多个所述第一挡板，所述多个第一挡板沿所述炉膛的径向间隔设置在所述炉膛的内周壁上。由此，可以进一步保证物料在炉膛中的停留时间。任选的，上述系统包括多个所述第二挡板，所述多个第二挡板沿所述炉膛的径向间隔设置在所述炉膛的内周壁上。由此，可以进一步保证物料在炉膛中的停留时间，从而提高氮掺杂效果。任选的，所述多个第一挡板等间距分布，并且相邻两个所述第一挡板间距为所述炉膛内周壁周长的1/200～1/10，所述多个第二挡板等间距分布，并且相邻两个所述第二挡板间距为所述炉膛内周壁周长的1/200～1/10。由此，可以进一步提高氮掺杂效果。任选的，所述第一挡板和所述第二挡板高度分别独立地为所述炉膛直径的1/50～1/5。由此，可以进一步提高氮掺杂效果。任选的，所述第一挡板宽度为所述炉膛内周壁周长的1/100～1/8，所述第二挡板宽度为所述炉膛内周壁周长的1/100～1/8。由此，可以进一步提高氮掺杂效果。任选的，所述气化掺杂反应区的外围设有加热器，所述加热器包括电加热丝和耐火砖，其中，所述耐火砖环绕所述气化掺杂反应区的外围设置，所述电加热丝设在所述耐火砖与所述炉膛之间。由此，可以进一步提高氮掺杂效果。任选的，上述制备氮掺杂碳材料的系统进一步包括：计量泵，所述计量泵与所述无机氮源水溶液出口和所述无机氮源水溶液入口相连。由此，有利于提高碳材料的氮掺杂和孔径调节的效率和效果。本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本技术一个实施例的制备氮掺杂碳材料的系统结构示意图；图2是根据本技术再一个实施例的制备氮掺杂碳材料的系统结构示意图；图3是根据本技术又一个实施例的制备氮掺杂碳材料的系统结构示意图。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本技术的一个方面，本技术提出了一种制备氮掺杂碳材料的系统，根据本技术的实施例，参考图1，该系统包括：混合溶解装置100和回转炉200。根据本技术的实施例，参考图1，混合溶解装置100具有无机氮源入口101、水入口102和无机氮源水溶液出口103，且适于将无机氮源与水混合溶解，以便得到无机氮源水溶液。专利技术人发现，通过采用可溶于水的无机氮源与水混合溶解，得到无机氮源的水溶液，利用无机氮源水溶液中的水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备氮掺杂碳材料的系统，其特征在于，包括：混合溶解装置，所述混合溶解装置具有无机氮源入口、水入口和无机氮源水溶液出口；回转炉，所述回转炉在沿其前端墙到后端墙的方向上斜向下设置，所述回转炉内设有可转动的炉膛，从所述回转炉的所述前端墙到所述后端墙的方向上，所述炉膛内依次限定出进料区、气化掺杂反应区和出料区，所述进料区与所述气化掺杂反应区之间设有第一挡板，所述气化掺杂反应区和所述出料区之间设有第二挡板，所述进料区设有碳材料入口，所述气化掺杂反应区设有无机氮源水溶液入口，所述出料区设有氮掺杂碳材料出口和尾气出口，所述无机氮源水溶液入口与所述无机氮源水溶液出口相连。

【技术特征摘要】
1.一种制备氮掺杂碳材料的系统，其特征在于，包括：混合溶解装置，所述混合溶解装置具有无机氮源入口、水入口和无机氮源水溶液出口；回转炉，所述回转炉在沿其前端墙到后端墙的方向上斜向下设置，所述回转炉内设有可转动的炉膛，从所述回转炉的所述前端墙到所述后端墙的方向上，所述炉膛内依次限定出进料区、气化掺杂反应区和出料区，所述进料区与所述气化掺杂反应区之间设有第一挡板，所述气化掺杂反应区和所述出料区之间设有第二挡板，所述进料区设有碳材料入口，所述气化掺杂反应区设有无机氮源水溶液入口，所述出料区设有氮掺杂碳材料出口和尾气出口，所述无机氮源水溶液入口与所述无机氮源水溶液出口相连。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回转炉与水平面的夹角ɑ为2～30度。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一挡板和所述第二挡板垂直所述炉膛内壁布置。4.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，包括多个所述第一挡板，所述多个第一挡板沿所述炉膛的径向间隔设置在所述炉膛的内周壁上。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，包括多个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：康守国，张小诗，张鑫伟，
申请(专利权)人：新奥石墨烯技术有限公司，
类型：新型
国别省市：河北,13