一种碳纳米材料制备方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种碳纳米材料制备方法及其装置，采用熔融态氯化物、碳酸盐、氟化物及硝酸盐作为电化学反应介质制备碳纳米材料，具体包括以下步骤：S1、电化学反应介质准备；S2、电化学反应过程；S3、添加二氧化碳流体；S4、平衡分凝提纯法。本发明专利技术通过电化学反应过程制备碳纳米材料，通过采用氯化物、碳酸盐及及硝酸盐作为主要电化学反应介质，大幅降低了碳纳米材料的制备成本；同时，通过对二氧化碳气源的前处理，有效提高了二氧化碳转化为单质碳的转化效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米材料制备方法及其装置


本专利技术涉及碳纳米材料
，尤其涉及一种碳纳米材料制备方法及其装置。

技术介绍

二氧化碳作为温室效应的主要原因，中国越来越重视二氧化碳的捕获和资源化利用。对二氧化碳进行有效的资源化利用，才能从根本上解决二氧化碳过度排放所引起的各类环境问题。工业化生产碳纳米管，一直以CVD法、CFB法等方法为主流工艺，其生产污染大，生产成本高，生产能耗大。在现有技术中，Massot和Novoselova 分别用电化学法还原熔融LiF
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NaF
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Na2CO3体系和熔融的LiCl
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KCl
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Na2CO3 体系得到了碳膜，Douglas等在2017年使用镀有Al2O3的镍作为阳极，为还原极电解Li2CO3制得碳纳米管但是这些方法，主要使用锂盐作为催化传导的物质，使用量非常巨大，锂在地壳中的含量仅为0.0065％。随着新能源汽车的发展，锂盐的价格会越来越高，锂盐的损耗导致碳纳米材料的生产成本较高。故开发一种不依赖锂盐的生产体系，非常的必要。

技术实现思路

本专利技术提供了一种碳纳米材料制备方法及其装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种碳纳米材料制备方法，采用熔融态氯化物、碳酸盐、氟化物及硝酸盐作为电化学反应介质制备碳纳米材料，具体包括以下步骤：S1、电化学反应介质准备：先将一定份数的氯化物、碳酸盐、氟化物及硝酸盐混合物加入反应皿中，然后将催化剂添加于反应皿中，使反应皿升温，将这种混合物共同煅烧至其呈现熔融态后取出，复合均匀作为电化学反应传质介质备用；S2、电化学反应过程：使用气体超临界加压装置，将二氧化碳气源，加压升温至超临界态，并吹入离子放电腔，使超临界二氧化碳流体带有一定电荷，将准备好的反应皿加热至工作温度，氯化物、碳酸盐、氟化物及硝酸盐形成传质介质后通入处置好的二氧化碳气体，设定还原极深度及电流电压参数，设定外部磁场场强诱导强度参数，开始进行电化学反应，电化学反应持续约1.5小时，反应终了后，装置还原极上将沉积碳材料，在电化学反应时，部分碳酸盐转化为氧化物；S3、添加二氧化碳流体：电化学反应过程的同时，持续向反应皿中加注带电的超临界二氧化碳流体，使电化学反应持续发生；S4、平衡分凝提纯法：上述碳产物在还原极上沉积时，同时也将沉积一部分传质介质，此时沉积物的主要成分为盐类物质和碳单质，将沉积物从极板上通过中频加热法剥离后粉碎，形成粉状的复合物，将这种粉状复合物重新装入另一个反应器，升温至熔融态，由反应器底部向上形成温度梯度，逐步降温，根据这几种材质不同的分凝系数，碳材料会在底
部成晶的作用下向上浮起，并最终离开溶体，此时浮起的碳材料经过再研磨，水洗、过滤，烘干等步骤后，形成粉状的，游离的产物，则为纳米碳材料，这种纳米尺度碳材料，经过分析，包括了石墨烯、碳纳米管、碳纳米块、碳纳米球等微观结构。作为本技术方案的进一步改进方案：所述S1中，催化剂为过渡金属氧化物和氯化物。作为本技术方案的进一步改进方案：超临界二氧化碳流体带电的方法为使用静电场直接电离。作为本技术方案的进一步改进方案：所述S4中，平衡分凝提纯法的冷却温度梯度范围在10℃/CM
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0.1℃/CM之间。本专利技术还提供了一种碳纳米材料制备装置，应用于上述任意一项碳纳米材料制备方法，包括电化学反应结构及电化学反应电源电源，所述电化学反应结构包括反应皿，所述反应皿由高温反应皿、氧化极、还原极构成，所述反应皿外部由磁场、气体超临界加压装置、气体离子化处理装置构成。作为本技术方案的进一步改进方案：所述反应皿材质为二氧化锡及其他氧化物构成的陶瓷复合材料。作为本技术方案的进一步改进方案：所述反应皿外部由磁场由强励磁电磁铁构成，其磁场强度范围为1000kA/m
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3000kA/m。作为本技术方案的进一步改进方案：所述反应皿既用于电化学反应的反应容器，同时也作为整个电化学过程中的氧化极。作为本技术方案的进一步改进方案：所述反应皿外部依次包括加热装置、保温材料和磁场，所述反应皿底部电性连接有与外部进行连接的电缆设备。作为本技术方案的进一步改进方案：所述还原极在反应皿的顶部，为可移动组件，由外部机构负责控制还原极插入反应皿的深度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用熔融态氯化物、碳酸盐及及硝酸盐作为主要电化学反应介质，通过电化学反应过程制备碳纳米材料，通过采用氯化物、碳酸盐及及硝酸盐作为主要电化学反应介质，大幅降低了碳纳米材料的制备成本；同时，通过对二氧化碳气源的前处理，有效提高了二氧化碳转化为单质碳的转化效率。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，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为使用本方法生产的碳纳米管的SEM图。
具体实施方式
以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并
非用于限定本专利技术的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术提供一种碳纳米材料制备方法，采用熔融态氯化物、氟化物、碳酸盐及及硝酸盐作为主要电化学反应介质来进行电化学反应制备碳纳米材料。上述方案的进一步方案为，碳纳米材料的制备方法包括以下步骤：S1、电化学反应质准备，先称取1摩尔份的氯化物、碳酸盐、氟化物及硝酸盐混合物加入反应皿中，然后称取和0.5摩尔份的催化剂于反应皿中，使反应皿升温，将这种混合物共同煅烧至其呈现熔融态(550℃)后取出，复合均匀作为电化学反应传质介质备用；S2、电化学反应结构及电化学反应电源电源，准备反应皿，反应皿应当由高温反应皿、氧化极、还原极构成，反应皿外部由磁场、气体超临界加压装置、气体离子化处理装置构成；S3、电化学反应过程，使用气体超临界加压装置，将二氧化碳气源，加压升温至超临界态，并吹入离子放电腔，使超临界二氧化碳流体带有一定电荷。将准备好的反应皿加热至工作温度，氯化物、碳酸盐、氟化物及硝酸盐形成传质介质后通入处置好的二氧化碳气体。设定还原极深度及电流电压参数，设定外部磁场场强诱导强度参数。开始进行电化学反应。电化学反应持续约1.5小时，反应终了后，装置还原极上将沉积碳材料。在电化学反应时，部分碳酸盐转化为氧化物；S4、电化学反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米材料制备方法，其特征在于，采用熔融态氯化物、碳酸盐、氟化物及硝酸盐作为电化学反应介质制备碳纳米材料，具体包括以下步骤：S1、电化学反应介质准备：先将一定份数的氯化物、碳酸盐、氟化物及硝酸盐混合物加入反应皿中，然后将催化剂添加于反应皿中，使反应皿升温，将这种混合物共同煅烧至其呈现熔融态后取出，复合均匀作为电化学反应传质介质备用；S2、电化学反应过程：使用气体超临界加压装置，将二氧化碳气源，加压升温至超临界态，并吹入离子放电腔，使超临界二氧化碳流体带有一定电荷，将准备好的反应皿加热至工作温度，氯化物、碳酸盐、氟化物及硝酸盐形成传质介质后通入处置好的二氧化碳气体，设定还原极深度及电流电压参数，设定外部磁场场强诱导强度参数，开始进行电化学反应，电化学反应持续约1.5小时，反应终了后，装置还原极上将沉积碳材料，在电化学反应时，部分碳酸盐转化为氧化物；S3、添加二氧化碳流体：电化学反应过程的同时，持续向反应皿中加注带电的超临界二氧化碳流体，使电化学反应持续发生；S4、平衡分凝提纯法：上述碳产物在还原极上沉积时，同时也将沉积一部分传质介质，此时沉积物的主要成分为盐类物质和碳单质，将沉积物从极板上通过中频加热法剥离后粉碎，形成粉状的复合物，将这种粉状复合物重新装入另一个反应器，升温至熔融态，由反应器底部向上形成温度梯度，逐步降温，根据这几种材质不同的分凝系数，碳材料会在底部成晶的作用下向上浮起，并最终离开溶体，此时浮起的碳材料经过再研磨，水洗、过滤，烘干等步骤后，形成粉状的，游离的产物，则为纳米碳材料，这种纳米尺度碳材料，经过分析，包括了石墨烯、碳纳米管、碳纳米块、碳纳米球等微观结构。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟超，柯俊龙，上官小朋，候三斌，原野，
申请(专利权)人：深圳市领碳时代科技有限公司，
类型：发明
国别省市：