本發(fā)明涉及單壁碳納米管生產(chǎn)制造領(lǐng)域，特別涉及一種用于生產(chǎn)單壁碳納米管的電弧等離子發(fā)生器及單壁碳納米管的制備設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、利用電弧放電制備單壁納米碳管是單壁納米碳管常用的制備方法之一，其工作原理為：真空容器中通入含碳?xì)怏w，以過(guò)渡金屬作為催化劑形成接收極，鎢針作為陽(yáng)極，氬氣被陰陽(yáng)極之間的高電壓擊穿并電離形成穩(wěn)定的電弧，在電弧放電的過(guò)程中，接收極中的金屬催化劑氣化，并在反應(yīng)容器內(nèi)形成納米級(jí)別的液滴，含碳?xì)怏w在反應(yīng)容器內(nèi)的高溫環(huán)境下附著在金屬液滴上脫氫，從而生產(chǎn)出單壁碳納米管。

2、電弧放電法制備單壁納米碳管的生產(chǎn)設(shè)備中，電弧等離子體發(fā)生器的鎢針與催化劑之間需要產(chǎn)生可靠穩(wěn)定的電弧，以使催化劑持續(xù)氣化以實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管的連續(xù)生產(chǎn)，反應(yīng)器內(nèi)的溫度最高能達(dá)到3000℃。因此，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)合理以適應(yīng)反應(yīng)器內(nèi)超高溫度的電弧等離子體發(fā)生器成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)單壁碳納米管連續(xù)生產(chǎn)的電弧等離子發(fā)生器及單壁碳納米管的制備設(shè)備。

2、針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種電弧等離子發(fā)生器，包括發(fā)生器主體；安裝于所述發(fā)生器主體內(nèi)部的發(fā)射極，所述發(fā)射極包括沿第一方向延伸設(shè)置的導(dǎo)電管體以及位于導(dǎo)電管體端部的發(fā)射噴頭；所述導(dǎo)電管體與電弧發(fā)生器電連接，所述導(dǎo)電管體以及發(fā)射噴頭內(nèi)設(shè)有氣體通道，用于供給保護(hù)氣體；以及環(huán)繞所述發(fā)射極設(shè)置的冷卻部，用于冷卻所述發(fā)射極。

4、本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，所述冷卻部包括環(huán)繞于所述發(fā)射極外側(cè)的固態(tài)冷卻介質(zhì)通道，以及環(huán)繞于所述固態(tài)冷卻介質(zhì)通道外側(cè)的液態(tài)冷卻介質(zhì)通道，所述固態(tài)冷卻介質(zhì)通道與所述發(fā)射極連通，所述液態(tài)冷卻介質(zhì)通道與所述發(fā)射極通過(guò)所述固態(tài)冷卻介質(zhì)通道隔離。

5、本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，所述發(fā)生器主體遠(yuǎn)離所述發(fā)射噴頭的一側(cè)的端面上設(shè)有液態(tài)冷卻介質(zhì)進(jìn)口與液態(tài)冷卻介質(zhì)出口，所述液態(tài)冷卻介質(zhì)通道通過(guò)隔板分隔為與所述液態(tài)冷卻介質(zhì)進(jìn)口連通的第一通道以及與所述液態(tài)冷卻介質(zhì)出口連通的第二通道，所述隔板接近所述發(fā)射噴頭的一側(cè)設(shè)有連通孔。

6、本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，所述固態(tài)冷卻介質(zhì)通道內(nèi)填充耐高溫導(dǎo)熱介質(zhì)。

7、本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電管體接近所述發(fā)射噴頭的一側(cè)與所述發(fā)生器主體之間通過(guò)兩者之間的密封部密封連接。

8、本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，所述密封部包括設(shè)置于所述發(fā)生器主體內(nèi)壁上的密封槽以及設(shè)置于密封槽內(nèi)的石墨密封圈。

9、本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電管體遠(yuǎn)離所述發(fā)射噴頭的一側(cè)與所述發(fā)生器主體之間通過(guò)螺紋緊固部連接。

10、本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，所述發(fā)射噴頭的端部呈倒圓臺(tái)形，所述發(fā)射噴頭在其圓臺(tái)形端部的側(cè)面上設(shè)有環(huán)繞其軸線均勻分布的噴孔。

11、本發(fā)明同時(shí)提供一種單壁碳納米管的制備設(shè)備，包括主反應(yīng)器以及安裝于所述主反應(yīng)器上并間隔設(shè)置的電弧等離子發(fā)生器與催化劑組件，所述電弧等離子發(fā)生器采用所述電弧等離子發(fā)生器。

12、本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，所述電弧等離子發(fā)生器位于所述主反應(yīng)器上側(cè)，且所述發(fā)射極的延伸方向與水平方向具有不為0°的夾角，所述催化劑組件位于所述主反應(yīng)器的下側(cè)，所述催化劑組件包括固態(tài)金屬催化劑，所述固態(tài)金屬催化劑的上表面沿水平方向延伸。

13、本發(fā)明的技術(shù)方案相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有如下技術(shù)效果：

14、本發(fā)明提供電弧等離子發(fā)生器在進(jìn)行單壁碳納米管的制備時(shí)，使電弧等離子體發(fā)生器的發(fā)射極與固態(tài)金屬催化劑表面之間產(chǎn)生穩(wěn)定電弧，使固態(tài)金屬催化劑氣化進(jìn)入催化劑氣化腔內(nèi)形成納米級(jí)別的液滴；進(jìn)料氣進(jìn)入所述催化劑氣化腔內(nèi)并在高溫環(huán)境內(nèi)被裂解脫氫，反應(yīng)生成物則附著于催化劑液滴上完成生長(zhǎng)后最終形成單壁碳納米管排出。其中，由于發(fā)射極被冷卻部環(huán)繞，通過(guò)冷卻部的冷卻作用可使發(fā)射極始終處于可控的溫度場(chǎng)內(nèi)，以使發(fā)射極與催化劑表面之間始終能夠產(chǎn)生較為穩(wěn)定的電弧，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了單壁碳納米管的連續(xù)性制備。

技術(shù)特征：

1.一種電弧等離子發(fā)生器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧等離子發(fā)生器，其特征在于，所述冷卻部包括環(huán)繞于所述發(fā)射極外側(cè)的固態(tài)冷卻介質(zhì)通道，以及環(huán)繞于所述固態(tài)冷卻介質(zhì)通道外側(cè)的液態(tài)冷卻介質(zhì)通道，所述固態(tài)冷卻介質(zhì)通道與所述發(fā)射極連通，所述液態(tài)冷卻介質(zhì)通道與所述發(fā)射極通過(guò)所述固態(tài)冷卻介質(zhì)通道隔離。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電弧等離子發(fā)生器，其特征在于，所述發(fā)生器主體遠(yuǎn)離所述發(fā)射噴頭的一側(cè)的端面上設(shè)有液態(tài)冷卻介質(zhì)進(jìn)口與液態(tài)冷卻介質(zhì)出口，所述液態(tài)冷卻介質(zhì)通道通過(guò)隔板分隔為與所述液態(tài)冷卻介質(zhì)進(jìn)口連通的第一通道以及與所述液態(tài)冷卻介質(zhì)出口連通的第二通道，所述隔板接近所述發(fā)射噴頭的一側(cè)設(shè)有連通孔。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電弧等離子發(fā)生器，其特征在于，所述固態(tài)冷卻介質(zhì)通道內(nèi)填充耐高溫導(dǎo)熱介質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧等離子發(fā)生

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電弧等離子發(fā)生器，其特征在于，所述密封部包括設(shè)置于所述發(fā)生器主體內(nèi)壁上的密封槽以及設(shè)置于密封槽內(nèi)的石墨密封圈。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧等離子發(fā)生器，其特征在于，所述導(dǎo)電管體遠(yuǎn)離所述發(fā)射噴頭的一側(cè)與所述發(fā)生器主體之間通過(guò)螺紋緊固部連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧等離子發(fā)生器，其特征在于，所述發(fā)射噴頭的端部呈倒圓臺(tái)形，所述發(fā)射噴頭在其圓臺(tái)形端部的側(cè)面上設(shè)有環(huán)繞其軸線均勻分布的噴孔。

9.一種單壁碳納米管的制備設(shè)備，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種單壁碳納米管的制備設(shè)備，其特征在于，所述電弧等離子發(fā)生器位于所述主反應(yīng)器上側(cè)，且所述發(fā)射極的延伸方向與水平方向具有不為0°的夾角，所述催化劑組件位于所述主反應(yīng)器的下側(cè)，所述催化劑組件包括固態(tài)金屬催化劑，所述固態(tài)金屬催化劑的上表面沿水平方向延伸。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種電弧等離子發(fā)生器及單壁碳納米管的制備設(shè)備，屬于單壁碳納米管生產(chǎn)制造領(lǐng)域。電弧等離子發(fā)生器包括發(fā)生器主體；安裝于所述發(fā)生器主體內(nèi)部的發(fā)射極，所述發(fā)射極包括沿第一方向延伸設(shè)置的導(dǎo)電管體以及位于導(dǎo)電管體端部的發(fā)射噴頭；所述導(dǎo)電管體與電弧發(fā)生器電連接，所述導(dǎo)電管體以及發(fā)射噴頭內(nèi)設(shè)有氣體通道，用于供給保護(hù)氣體；以及環(huán)繞所述發(fā)射極設(shè)置的冷卻部，用于冷卻所述發(fā)射極。本發(fā)明能夠保持電弧等離子發(fā)生器始終處于合理的溫度區(qū)間以實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管的連續(xù)生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：吳傳軍,高海浪,楊曉波,劉忠杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12