Установка для синтеза углеродного наноматериала

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ к ПАТЕНТУ(54) УСТАНОВКА ДЛЯ СИНТЕЗА УГ ЛЕРОДНОГ О НАНОМАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- И массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Крауклис Андрей Владимирович Самцов Петр Петрович Волжанкин Валерий Михайлович Визнер Лидия Юрьевна (ВУ)(ВУ) научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси (ВУ)Установка для синтеза углеродного наноматериала, содержащая плазмохимический реактор, состоящий из трубки, катода, соединенного с источником энергии, анода, системы газоснабжения, стакана осаждения углеродного наноматериала, термопар, системы охлаждения отработанного газового потока, отличающаяся тем, что стакан осаждения расположен в верхней части реактора, дополнительно снабжен металлическими шариками,например, из никелевого сплава (220 Ый) имеет сужающуюся кверху форму, а также снабжен газораспределительной решеткой и дополнительным каналом вывода, очистки и возврата металлических щариков, включающим наклонные металлические перфорированные полки, закрепленные одним концом, питатель, перфорированную направляющую и стакан для сбора углеродного наноматериала трубка, катод, анод, источник энергии и система газоснабжения расположены в нижней части реактора трубка выполнена из металла.1. 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, Не 6. - С. 102-107 (прототип).Полезная модель относится К области изготовления и обработки наноструктур, в частности К получению углеродных наноматериалов, содержащих многостеннь 1 е 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 синтеза углеродного наноматериала электродуговым способом 1, содержащая плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки и стакана осаждения углеродного наноматериала катод, анод, источник энергии, систему газоснабжения, в которую входят запорная арматура и управляемые расходомеры термопары,систему охлаждения отработанного газового потока, состоящую из последовательно соединенных холодильника, конденсатосборника и хроматографа.Указанная установка работает следующим образом.В кварцевую трубку подается рабочая газовая смесь через систему газоснабжения. Источник энергии обеспечивает зажигание и дальнейшее горение разряда. Обработка рабочей газовой смеси происходит в зоне между катодом и анодом плазмой высоковольтного разряда. Далее синтезированный углеродный наноматериал вместе с потоком газа направляется в стакан осаждения углеродного наноматериала через отверстие анода, где синтезированный углеродный наноматериал осаждается на внутренних стенках. Отработанный газ направляется в систему охлаждения отработанного газового потока.Как было сказано выше, углеродный наноматериал осаждается на стенках стакана осаждения углеродного наноматериала, когда слой полученного наноматериала достигает определенной толщины, скорость образования углеродного наноматериала снижается. Появляется необходимость периодического сбора углеродного наноматериала со стенок стакана осаждения углеродного наноматериала.Таким образом, производительность данной установки для синтеза углеродного наноматериала недостаточно высока.Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности установки для синтеза углеродного наноматериала путем увеличения площади поверхности осаждения углеродного наноматериала и путем непрерывного сбора синтезированного углеродного наноматериала.Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной установке для синтеза углеродного наноматериала, содержащей плазмохимический реактор, состоящий из трубки, катода, соединенного с источником энергии, анода, системы газоснабжения, стакана осаждения углеродного наноматериала, термопар, системы охлаждения отработанного газового потока, согласно предложенному техническому решению, стакан осаждения расположен в верхней части реактора, дополнительно снабжен металлическими шариками,например, из никелевого сплава (2 О Ый) имеет сужающуюся кверху форму, а также снабжен газораспределительной решеткой из шамотного кирпича и дополнительным каналом для вывода, очистки и возврата металлических шариков, включающим наклонные металлические перфорированные полки, закрепленные одним концом, питатель, перфорированную направляющую и стакан для сбора углеродного наноматериала причем трубка катод, анод, источник энергии и система газоснабжения расположены в нижней части реактора трубка выполнена из металла.Таким образом, предлагаемый реактор обеспечивает увеличение площади поверхности осаждения углеродного наноматериала за счет использования металлических шариков и непрерывность процесса образования углеродного наноматериала на поверхности ме 2таллических шариков, что повышает производительность установки, а также предполагает возможность ее использования в промышленном производстве. Благодаря использованию в установке металлической трубки увеличивается срок службы реактора.На фигуре изображен общий вид схемы предлагаемой установки.Установка содержит плазмохимический реактор, состоящий из двух основных частей. Нижней части, включающей металлическую трубку 1, в нижней части которой размещен катод 2, в верхней - заземленный анод 3, имеющий форму диска с Центральным отверстием, а также элементы системы 4 газоснабжения запорная арматура и управляемые расходомеры (на схеме не показаны). К катоду 2 подключен источник энергии 5. Верхняя часть плазмохимического реактора представлена стаканом 6 осаждения углеродного наноматериала, имеющего сужающуюся кверху форму.Стакан 6 осаждения углеродного наноматериала соединен с металлической трубкой 1 с помощью крепежных элементов по фланцам (на схеме не показаны).Стакан 6 осаждения углеродного наноматериала содержит следующие элементы газораспределительную решетку 7 из шамотного кирпича, расположенную в нижней его части,металлические шарики 8, термопары 9, установленные на наружной и внутренней стенках стакана 6 канал 10 вывода, очистки и возврата шариков, содержащий наклонные металлические перфорированные полки 11, закрепленные одним концом, перфорированную направляющую 12, питатель 13, стакан 14 для сбора полученного углеродного наноматериала 15 и систему 16 охлаждения отработанной газовой смеси, состоящей из последовательно соединенных холодильника, конденсатосборника и хроматографа (на схеме не показаны).Установка работает следующим образом.В металлическую трубку 1 тангенциально подается газовая смесь через систему 4 газоснабжения. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии 5. Далее происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне между катодом 2 и анодом 3.После обработки разрядом рабочей газовой смеси синтезированный углеродный наноматериал вместе с потоком газа направляется в стакан 6 осаждения углеродного наноматериала через отверстие анода 3 и газораспределительную решетку 7 из шамотного кирпича. Температура выходящего газового потока снижается непосредственно за анодом и в верхней металлической части реактора. Далее углеродный наноматериал осаждается на внутренних стенках стакана 6 и на поверхности металлических шариков 8.Металлические шарики 8 под действием газового потока поднимаются в верхнюю часть стакана 6. Затем, попадая в канал 10, шарики 8 скатываются вниз, ударяясь о перфорированные полки 11, закрепленные одним концом, в результате чего осажденный на металлических шариках 8 углеродный наноматериал стряхивается и ссыпается в нижнюю часть канала 10. Когда шарик достигает перфорированную направляющую 12, расположенную в нижней части канала 10, он скатывается к питателю 13, который подает (возвращает) очищенный металличекий шарик в стакан 6.Полученный углеродный наноматериал поступает в стакан 15 для сбора полученного углеродного наноматериала.Температура газового потока и стенок стакана 6 измеряется термопарами 9.Отработанная газовая смесь выходит из реактора и направляется в систему 16 охлаждения отработанного газового потока, а затем выбрасывается в атмосферу.Таким образом, предлагаемая установка имеет высокую производительность за счет увеличения площади поверхности синтеза углеродного наноматериала и за счет непрерывности очистки поверхности осаждения углеродного наноматериала, представленной металлическими шариками. Использование в установке металлической трубки позволяет увеличить срок службы реактора.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.