一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，属于纳米材料制备装置技术领域。该气液两相放电装置，包括用于盛放液体的放电腔体、原液腔、电源和充气装置；放电腔体与原液腔相连通，放电腔体的左右侧壁上分别穿设有延伸至放电腔体内的左电极和右电极，液体的高度高于左电极和右电极距离放电腔体底部的高度；电源分别与左电极和右电极相连接；充气装置连通左电极和右电极，并能够向放电腔体内通入气体。本发明专利技术提供的用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，结构简单，操作方便，且放电稳定性高，产物合成难度低，碳纳米产物的合成速率与纯度高。成速率与纯度高。成速率与纯度高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备装置
，尤其涉及一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]纳米技术是21世纪具有广泛应用前景的战略性前沿技术，其出现标志着人类合成材料的能力已拓展至原子、分子水平。而纳米材料是整个纳米科技发展最重要的基础支撑。在众多纳米材料中，碳纳米材料基础与应用是一个重要的研究方向，主要涵盖富勒烯、碳纳米管、石墨烯等典型材料的合成、分离、修饰和应用。这些典型碳纳米材料多兼具强导电性、生物相容性、高比表面积与耐腐蚀性能等特性，在能源、生物、医学、测量、制造诸多领域已显现出突出优势。
[0003]近年来，液相放电法作为一种新兴的高效制备碳基纳米材料方法受到持续关注。液体既保障了无氧环境，又是天然的冷却媒介，从而提高了产物的晶化程度和品质，且在室温常压环境下即可进行合成，消耗能量较少、实验装置简单。液相放电法通常以水、液氮作为介质，石墨棒作为电极进行液相电弧放电合成碳纳米管、碳纳米洋葱、碳基金属纳米颗粒等。需要指出，当采用石墨电极作为碳源时，产物合成效率较低且碳棒烧蚀后放电稳定性变差，制约了碳纳米材料的规模化、高品质合成。因而，不少研究者尝试将各类液态有机物作为碳源(多为醇类、烷烃、芳香族化合物)，利用金属电极产生液相放电可有效缓解放电稳定性、提高合成效率与产量，使利用液相放电实现碳纳米材料的规模化合成为可能。
[0004]然而，液相放电法仍有一些固有缺陷制约了该技术在碳纳米材料制备领域的直接应用。如液体放电过程随机性大，放电通道较小的接触面积和不稳定性导致液相放电无法制备形貌/尺寸/组成均一的纳米材料；电极在高压电弧的烧蚀后会导致产物纯度下降。因此，亟待设计一种装置解决以上液相放电制备问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于，解决现有技术中液相放电法制备碳纳米材料，体放电过程随机性大，放电通道较小的接触面积和不稳定性导致液相放电无法制备形貌/尺寸/组成均一的纳米材料；电极在高压电弧的烧蚀后会导致产物纯度下降的技术问题，为此，本专利技术提供了一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，结构简单，操作方便，且放电稳定性高，产物合成难度低，碳纳米产物的合成速率与纯度高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0007]一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，包括用于盛放液体的放电腔体、原液腔、电源和充气装置；
[0008]所述放电腔体的腔体顶盖上开设有进液口和排气口，所述放电腔体的左右侧壁上分别穿设有延伸至所述放电腔体内的左电极和右电极，所述液体的高度高于所述左电极和所述右电极距离所述放电腔体底部的高度；
[0009]所述进液口连通所述原液腔；
[0010]所述电源分别与位于所述放电腔体外部的所述左电极的一端和所述右电极的一端相连接；
[0011]所述充气装置分别连通位于所述放电腔体外部的所述左电极的一端和所述右电极的一端，并能够向所述放电腔体内通入气体。
[0012]优选地，所述左电极和/或所述右电极与所述放电腔体连接处设置有间距调节装置。
[0013]优选地，所述间距调节装置包括电极外衬和间距调节旋钮，所述左电极和所述右电极与所述放电腔体连接处分别密封有所述电极外衬，所述间距调节旋钮位于所述放电腔体外部，并且分别设置于所述左电极和所述右电极上。
[0014]优选地，所述左电极和所述右电极为中空不锈钢管。
[0015]优选地，所述液体为含碳前驱体。
[0016]优选地，所述含碳前驱体为乙醇、己烷、环己烷、庚烷、苯和甲苯中的一种。
[0017]优选地，所述充气装置通过导气管依次连通有气体流量计和气体流量阀。
[0018]优选地，还包括设置于所述放电腔体下端的升降台。
[0019]本专利技术还提供了上述气液两相放电装置的使用方法，包括如下步骤：
[0020]S1打开充气装置，调节好气体流速；
[0021]S2将原液腔内的液体注入放电腔体内，使液体的高度高于左电极和右电极距离放电腔体底部的高度后，停止注入；
[0022]S3打开电源，调节好电压、电流和频率，使左电极和右电极开始放电，使液体颜色变为深褐色；
[0023]S4放电结束，关闭电源和充气装置，对反应后的液体进行收集；
[0024]S5将收集后的产物烘干，得碳纳米材料。
[0025]优选地，S1中的气体为惰性气体。
[0026]本专利技术相对于现有技术，具有如下的有益效果：
[0027]1.本专利技术提供的用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，通过引入气体有利于放电通道形成，降低产物合成难度，而且能够有效提升活性粒子传质速率，有助于提升碳纳米产物的合成速率；可有效增大放电接触面积，增强放电稳定性，进而调控产物的结构，提高尺寸均匀性和可控性；能够显著缓解甚至避免电极烧蚀，提升碳纳米材料纯度；
[0028]2.本专利技术提供的用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，采用各类液态有机溶剂作为碳源，利用金属电极放电，相较于以石墨棒为碳源，可一定程度缓解放电稳定性问题，提高合成效率与产量，同时，由于各有机物含有的官能团与碳骨架结构不同，通过选择液态有机物种类可主动调控产物种类与性质；
[0029]3.本专利技术提供的用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，该装置以中空不锈钢管作为电极，可实现电路与气路的双重作用；可以通过调节间距调节旋钮实现电极间距的调节；可对排放废气进行回收处理，可以减少对人体的危害，且绿色环保，不污染环境；给料和收集方便，适合连续生产。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的结构示意图；
[0031]图中，1、升降台；2、放电腔体；3、腔体顶盖；4、进液口；5、原液腔；6、排液口；7、产物收集瓶；8、排气口；9、右电极；91、左电极；10、电极外衬；11、间距调节旋钮；12、电源；13、导线；14、夹头；15、充气装置；16、导气管；17、气体流量计；18、气体分流阀。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，其特征在于，包括用于盛放液体的放电腔体、原液腔、电源和充气装置；所述放电腔体的腔体顶盖上开设有进液口和排气口，所述放电腔体的左右侧壁上分别穿设有延伸至所述放电腔体内的左电极和右电极，所述液体的高度高于所述左电极和所述右电极距离所述放电腔体底部的高度；所述进液口连通所述原液腔；所述电源分别与位于所述放电腔体外部的所述左电极的一端和所述右电极的一端相连接；所述充气装置分别连通位于所述放电腔体外部的所述左电极的一端和所述右电极的一端，并能够向所述放电腔体内通入气体。2.根据权利要求1所述的一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，其特征在于，所述左电极和/或所述右电极与所述放电腔体连接处设置有间距调节装置。3.根据权利要求2所述的一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，其特征在于，所述间距调节装置包括电极外衬和间距调节旋钮，所述左电极和所述右电极与所述放电腔体连接处分别密封有所述电极外衬，所述间距调节旋钮位于所述放电腔体外部，并且分别设置于所述左电极和所述右电极上。4.根据权利要求1所述的一种用于制备碳纳米材料的气液两相放电装置，其特征在于，所述左电极和所述右电极为中空不锈钢管。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元，郜晶，朱光远，温嘉烨，石亚轩，刘志濠，张冠军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：