本发明专利技术提供了一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法，属于材料制备领域。本发明专利技术中，天然气采用进气道喷射与新鲜空气混合后注入气缸内，提前与催化剂油溶性氧化铁纳米颗粒混合好后的汽油采用缸内直喷的方式喷入气缸，两种燃料进入气缸后采用火花式点火方式点燃可燃混合气，缸内反应后，生成的碳纳米管随废气一起被排出气缸，废气通过碳纳米管捕集器可以实现碳纳米管的收集及还原生成的部分未参与催化反应的纳米铁颗粒的回收；在此工作过程中，ECU对发动机节气门、喷油器、喷气阀门、火花塞及EGR阀进行控制，使得发动机缸内的温度、当量比、反应时间满足碳纳米管的生长的最佳条件，最终实现较高纯度碳纳米管的连续大批量生产。续大批量生产。续大批量生产。
【技术实现步骤摘要】
一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法
[0001]本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法。
技术介绍
[0002]目前，碳纳米管因具有良好的导电性能、力学性能、热学性能、超导性能、储氢性能及光学性能被广泛的应用于高强度材料、传感器、纳米电子学、能量储存、催化剂载体、生物医学等领域，具有十分广阔的应用前景。从1991年碳纳米管被发现到现在，国内外学者已经对碳纳米管做了大量的研究，在其制备与应用方面取得了丰富的成果。对于碳纳米管的制备，目前已经相当成熟的方法有：电弧放电法、化学气相沉积法、激光蒸发法及火焰法，前三种方法都需要额外的供给能量，使得能耗增大，成本变高，为了解决这一问题火焰法应运而生。火焰法是近二十年逐渐发展起来的碳纳米管新型制备方法，其充分的利用了碳氢燃烧所产生的碳源和热源去制备碳纳米管，无需额外提供能量，具有低能耗、低成本、高效能等优点，因此受到了众多学者的关注，然而火焰法同时也存在着杂质多，涉及危险气体及产生有害污染气体等缺点，所以其具有很大的改良与优化空间。
技术实现思路
[0003]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法，实现碳纳米管高纯度、低污染、连续大批量的生产。
[0004]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0005]一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，包括天然气贮气瓶和汽油箱；
[0006]所述天然气贮气瓶通过管道与气缸的进气道连通，且天然气贮气瓶与进气道连接处设有喷气阀门；气缸的进气道上设有节气门；气缸的排气管上沿排气方向依次设有碳纳米管捕集器、EGR阀和尾气分析仪，且排气管在设置EGR阀处，通过管道与进气道连通；
[0007]所述汽油箱通过管道与设置在气缸上的喷油器连通，且汽油箱的管道上设有截止阀；
[0008]所述气缸顶部设有火花塞和缸压传感器；
[0009]所述喷气阀门、节气门、尾气分析仪、EGR阀、火花塞、缸压传感器均与电子控制单元信号连接，电子控制单元还接收的信号包括：排气中的氧含量、排气温度、节气门开度、发动机的转速、排气背压和发动机缸内压力。
[0010]上述技术方案中，所述碳纳米管捕集器两端分别设置若干电磁铁和过滤器，电磁铁上缠绕有电磁铁线圈，且相邻电磁铁上设置的电磁铁线圈均不相同；过滤器内部设有若干长方体状的陶瓷孔塞，且过滤器内部设置的相邻陶瓷孔塞均不相同。
[0011]上述技术方案中，所述气缸的排气管上还设有废气涡轮和三效催化转化器，废气涡轮位于尾气分析仪和EGR阀之间，所述尾气分析仪位于废气涡轮和三效催化转化器之间。
[0012]上述技术方案中，所述气缸的进气道上沿进气方向还依次设有空气滤清器、压气机和中冷器，且压气机与废气涡轮连接。
[0013]上述技术方案中，所述喷油器与汽油箱之间沿进油方向还依次设有汽油滤清器和燃油泵。
[0014]上述技术方案中，所述天然气贮气瓶与喷气阀门之间沿进气方向还依次设有天然气滤清器和压力调节器。
[0015]一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备方法，具体为：
[0016]天然气和新鲜空气混合后注入气缸内，与催化剂混合好的汽油也喷入气缸内，经过缸内反应后，废气通过碳纳米管捕集器后，部分废气通过ERG阀重新进入气缸，剩余的大部分废气通过废气涡轮和三元催化转换器后，排入大气；
[0017]所述天然气与汽油的消耗量比值为0.4
‑
0.5，所述催化剂为7000ppm的油溶性氧化铁纳米颗粒，所述天然气中含有10％的硫化氢气体；
[0018]缸内反应过程中，发动机转速为2000r/min，缸内温度控制在1000
‑
1200℃范围内，当量比控制在1.1
‑
1.2范围内。
[0019]进一步，所述当量比的控制过程为：电子控制单元获取排气中的氧含量和节气门开度，对节气门、喷油器和喷气阀门进行控制，进而改变当量比。
[0020]更进一步，所述节气门的开度为10％
‑
15％。
[0021]进一步，所述缸内温度的控制过程为：电子控制单元获取排气温度和气缸内部压力，对气缸内部的温度进行预估，通过EGR阀控制进入气缸内部的废气或者火花塞的点火提前时间或者喷油器和喷气阀门控制进气量与汽油喷射量的比值或者节气门开度或者EGR阀的开度，对缸内温度进行调节。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023](1)本专利技术中，天然气采用进气道喷射与新鲜空气混合后注入气缸内，提前与催化剂油溶性氧化铁纳米颗粒混合好后的汽油采用缸内直喷的方式喷入气缸，两种燃料进入气缸后采用火花式点火方式点燃可燃混合气，经过缸内复杂的化学反应，由油溶性氧化铁纳米颗粒还原得到纳米铁颗粒所催化生成的碳纳米管随废气一起被排出气缸，废气通过碳纳米管捕集器，实现碳纳米管的收集及部分未参与催化反应的纳米铁颗粒的回收；在此工作过程中，电子控制单元对发动机节气门、喷油器、喷气阀门、火花塞及EGR阀进行控制，使得发动机缸内的温度、当量比、反应时间满足碳纳米管生长的最佳条件，最终实现较高纯度碳纳米管的连续大批量生产。本专利技术不仅可以实现碳纳米管高纯度、低污染、连续大批量的生产，还能起到环保节能的作用。
[0024](2)本专利技术利用双燃料发动机作为燃烧器，使反应环境由原来的大气环境下变为在发动机气缸内，这样使得未完全反应的CO、HC等有毒物质能够被有效处理不会散入空气中造成环境污染，生成的碳纳米管颗粒也会在密闭环境下被收集，不会被人体吸入危害人体健康。
[0025](3)本专利技术制备的碳纳米管经过碳纳米管捕集器后被其中的过滤器收集，此外生成的未参与催化反应的纳米铁颗粒也吸附碳纳米管捕集器中的电磁铁线圈上；过滤器与电磁铁线圈均可拆卸，将其放入颗粒物提取装置中，经过干燥高压空气进行反吹，实现碳纳米管及纳米铁颗粒的回收。
附图说明
[0026]图1为本专利技术所述采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术制备碳纳米管工作过程中的电子控制系统示意图；
[0028]图3(a)为本专利技术所述碳纳米管捕集器的内部结构示意图；
[0029]图3(b)为本专利技术所述碳纳米管捕集器电磁铁端侧视图；
[0030]图3(c)为本专利技术所述碳纳米管捕集器过滤器端侧视图；
[0031]图4为本专利技术所述颗粒物提取装置的结构示意图；
[0032]图中：1.天然气贮气瓶，2.天然气滤清器，3.压力调节器，4.喷气阀门，5.节气门，6.汽油箱，7.汽油滤清器，8.燃油泵，9.中冷器，10.空气滤清器，11.压气机，12.废气涡轮，13.尾气分析仪，14.三效催化转化器，15.EGR阀，16.碳纳米管捕集器，17.传感器信号，18.电子控制单元，19.缸压传感器，20.喷油器，21.气缸，22.火花塞，23.电磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，包括天然气贮气瓶(1)和汽油箱(6)；所述天然气贮气瓶(1)通过管道与气缸(21)的进气道连通，且天然气贮气瓶(1)与进气道连接处设有喷气阀门(4)；气缸(21)的进气道上设有节气门(5)；气缸(21)的排气管上沿排气方向依次设有碳纳米管捕集器(16)、EGR阀(15)和尾气分析仪(13)，且排气管在设置EGR阀(15)处，通过管道与进气道连通；所述汽油箱(6)通过管道与设置在气缸(21)上的喷油器(20)连通，且汽油箱(6)的管道上设有截止阀；所述气缸(21)顶部设有火花塞(22)和缸压传感器(19)；所述喷气阀门(4)、节气门(5)、尾气分析仪(13)、EGR阀(15)、火花塞(22)、缸压传感器(19)均与电子控制单元(18)信号连接，电子控制单元(18)还接收的信号包括：排气中的氧含量、排气温度、节气门开度、发动机的转速、排气背压和发动机缸内压力。2.根据权利要求1所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述碳纳米管捕集器(16)两端分别设置若干电磁铁(23)和过滤器(26)，电磁铁(23)上缠绕有电磁铁线圈(24)，且相邻电磁铁(23)上设置的电磁铁线圈(24)均不相同；过滤器(26)内部设有若干长方体状的陶瓷孔塞(25)，且过滤器(26)内部设置的相邻陶瓷孔塞(25)均不相同。3.根据权利要求1所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述气缸(21)的排气管上还设有废气涡轮(12)和三效催化转化器(14)，废气涡轮(12)位于尾气分析仪(13)和EGR阀(15)之间，所述尾气分析仪(13)位于废气涡轮(12)和三效催化转化器(14)之间。4.根据权利要求3所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述气缸(21)的进气道上沿进气方向还依次设有空气滤清器(10)、压气机(11)和中冷器(9)，且压气机(11)与废气涡轮(12)连接。5.根据权利要求1所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛功平，毛欢，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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