Установка для получения углеродного наноматериала

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО НАНОМАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Крауклис Андрей Владимирович Самцов Петр Петрович Волжанкин Валерий Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси(57) Установка для получения углеродного наноматериала, содержащая плазмохимический реактор, состоящий из верхней керамической и нижней металлической частей, систему газоснабжения, систему охлаждения обработанного газового потока, состоящую из холодильника, конденсатосборника и хроматографа, источник энергии, катод, анод, зону разряда, отличающаяся тем, что плазмохимический реактор установки дополнительно содержит вставку из металлической фольги, например никелевой, к которой подключен источник энергии, и керамический вкладыш, изолирующий вставку от дна нижней металлической части реактора.,40 (2002) 923-928. 2. Песецкий С.С., Жданок С.А., Буяков И.Ф., Богданович С.П., Солнцев А.П., Крауклис А.В. О структуре и свойствах полиамида 6, модифицированного в расплаве углеродными наноматериалами // ДАН Б. - 2004. - Т.44. -6. - С. 102-107. Полезная модель относится к области химии углеродных материалов, в частности к получению углеродных наноматериалов (УНМ), содержащих многостенные углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна и частицы нанографита, и может быть использована для создания полимерных нанокомпозитов, используемых в машиностроении, приборостроении, химической промышленности, авиастроении, электронике, электротехнике и других отраслях народного хозяйства. Известна установка для получения УНМ электродуговым способом 1, производительность которой - 1,4 г/ч. Однако данная установка имеет ряд недостатков во-первых, высокая потребляемая мощность - 2-3 кВт во-вторых, работа проводится в атмосфере дорогостоящего гелия в-третьих, процесс получения УНМ осуществляется в условиях пониженного давления,что предполагает наличие вакуумного насоса. Таким образом, получаемые на указанной установке УНМ имеют высокую себестоимость. Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности является установка для получения УНМ (прототип), содержащая плазмохимический реактор, систему газоснабжения, систему охлаждения обработанного газового потока, состоящую из холодильника, конденсатосборника и хроматографа, источник энергии, катод, анод, зону разряда 2. Данная установка позволяет значительно снизить затраты на производство УНМ потребляемая мощность - 0,5 кВт рабочий газ - смесь воздуха с метаном (4 воздух 12,42,5) не требуется использования вакуумного насоса. Однако данная установка для получения УНМ имеет низкую производительность 1,2 г/ч. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности установки для получения УНМ. Решение поставленной задачи достигается в установке для получения углеродного наноматериала, содержащей плазмохимический реактор, состоящий из верхней керамической и нижней металлической частей, систему газоснабжения, систему охлаждения обработанного газового потока, источник энергии, катод, анод, зону разряда причем, согласно техническому решению, плазмохимический реактор установки дополнительно содержит вставку из металлической фольги, например никелевой, к которой подключен источник энергии с напряжением, имеющим положительный заряд, и керамический вкладыш, изолирующий вставку от дна нижней металлической части реактора. На фигуре изображена схема предлагаемой установки. Основной частью установки является плазмохимический реактор 1, состоящий из двух частей верхней и нижней. Верхняя часть представляет собой кварцевую трубку с внутренним диаметром 32 мм и длиной 280 мм. В верхней части кварцевого корпуса реактора размещен катод 2, а в средней - заземленный анод 3. Источник энергии 4 подключают к катоду 2. Зона разряда 5 расположена между катодом 2 и анодом 3. В нижней части реактора, выполненной из металла, расположены следующие элементы вставка из металлической фольги 6 (толщина 0,1 мм, высота 100 мм, диаметр 30 мм), соединенная с источником питания керамический вкладыш 7, изолирующий вставку 6 от дна нижней металлической части реактора 1 система охлаждения отработанного газового потока 8, состоящая из после 2 25872006.04.30 довательно соединенных холодильника 9, конденсатосборника 10 и хроматографа 11. К центральной части реактора 1 подведена система газоснабжения 12, в которую входят запорная арматура и управляемые расходомеры (на схеме не указаны). Установка работает следующим образом. В реактор 1 подается газовая смесь через систему газоснабжения 12, которая регулирует и измеряет расход смеси. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии 4. Напряжение горения разряда должно составлять 3-5 кВ, при токе разряда 100-300 мА 2. Происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в верхней части реактора 1 в зоне разряда 5. После обработки разрядом синтезируемый УНМ вместе с потоком газа направляется в нижнюю холодную часть реактора 1 через анод 3. Далее УНМ осаждается на стенках нижней металлической части реактора и вставке из металлической фольги 6, на которую подается напряжение от источника энергии. Вставка 6 изолирована от дна нижней металлической части реактора благодаря керамическому вкладышу 7, на который она установлена. Анод 3 имеет форму диска с центральным отверстием. Отверстие предназначено для выхода газовой смеси из зоны реакции. Охлаждение выходящего газового потока происходит непосредственно за анодом и в нижней металлической части корпуса реактора. Отработанный газовый поток поступает в систему охлаждения 8, проходя поочередно холодильник 9, конденсатосборник 10, и затем выбрасывается в атмосферу. Состав выхлопного газа контролируется хроматографом 11 или газоанализатором. Экспериментально установлено, что вставка из металлической фольги 6 дает наибольший выход УНМ, если она выполнена из никеля. Результаты эксперимента приведены в табл. 1. Таблица 1 Удельная характеристика выхода УНМ в зависимости от материала фольги Материал фольги Выход УНМ на единицу поверхности вставки за единицу времени, г/мм 2 ч(никель) 1,610-5(никель гармошка) 1,4210-5 С (медь) 0,4110-5(молибден) 0,0910-5 Также в результате проведения эксперимента установлено, что наибольшее количество УНМ осаждается на поверхности вставки из металлической фольги 6 при подаче на нее напряжения с положительным зарядом (табл. 2). Таблица 2 Выход УНМ в зависимости от заряда напряжения Тип заряда УНМ удельн.,г/мм 2 ч Плюс 1,95 0,2520 25 0,6048 20,210-5 Минус 1,05 0,0892 18 0,2973 9,910-5 Земля 1,18 0,2299 30 0,4498 15,010-5 Таким образом, благодаря использованию положительно заряжаемой вставки из никелевой фольги, улучшаются условия осаждения УНМ и образуется дополнительная поверхность осаждения, что повышает производительность установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3