Установка для синтеза углеродного наноматериала

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ СИНТЕЗА УГЛЕРОДНОГО НАНОМАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Крауклис Андрей Владимирович Самцов Петр Петрович Становой Павел Григорьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Установка для синтеза углеродного наноматериала, содержащая плазмохимический реактор, включающий кварцевую трубку с размещенными в ней анодом и катодом, подключенным к источнику энергии, стакан осаждения углеродного наноматериала с термопарами на его поверхностях, снабженный системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала в виде поршня-щетки, соединенного штоком с редуктором электродвигателя, систему газоснабжения и систему охлаждения отработанного газового потока, отличающаяся тем, что на выходе из реактора, перед системой охлаждения отработанного газового потока, дополнительно установлен фильтр-ловушка, состоящий из последовательно соединенных системы каналов, заслонки и ссыпной емкости. Предлагаемое техническое решение относится к области химии углеродных материалов, в частности к получению углеродных наноматериалов, содержащих многостенные углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна и частицы нанографита, и может быть использовано для создания полимерных нанокомпозитов, используемых в машиностроении, приборостроении, химической промышленности, авиастроении, электронике, электротехнике и других отраслях народного хозяйства. Известна установка для синтеза углеродного наноматериала 1. Установка содержит плазмохимический реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки с размещенными в ней катодом, подключенным к источнику энергии, и анодом. В нижней части плазмохимического реактора расположен стакан осаждения углеродного наноматериала с термопарами на его поверхностях. Стакан снабжен системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, выполненной в виде поршня-щетки, соединенного штоком с редуктором электродвигателя. Установка содержит также систему газоснабжения и систему охлаждения отработанного газового потока. Указанная установка работает следующим образом. В кварцевую трубку подается газовая смесь через систему газоснабжения. Зажигание и дальнейшее горение электрического разряда обеспечивает высоковольтный источник энергии. Далее происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне между катодом и анодом. После чего высокотемпературная рабочая газовая смесь поступает в камеру осаждения. В результате взаимодействия рабочей газовой смеси с металлической поверхностью камеры осаждения происходит разогрев металлической поверхности до необходимой температуры. При взаимодействии рабочей газовой смеси с нагретой поверхностью камеры осаждения происходит образование углеродных наноматериалов. Отработанная газовая смесь направляется в систему охлаждения, унося с собой часть углеродного наноматериала, который начал образовываться на поверхности камеры осаждения, и затем выбрасывается в атмосферу. После образования слоя оптимальной толщины включается электродвигатель, который приводит поршень-щетку в возвратнопоступательное движение и счищает образовавшийся углеродный наноматериал, который в виде порошка попадает в нижнюю часть стакана. При этом во время очистки особенно интенсивно происходит образование пыли в виде частиц углеродного наноматериала и их унос. После процесса очистки электродвигатель выключается, а синтез углеродного наноматериала продолжается. Недостатком описанной конструкции являются значительные потери углеродного наноматериала, что приводит к снижению производительности установки. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности установки для синтеза углеродного наноматериала за счет дополнительного улавливания частиц углеродного наноматериала и улучшение экологических показателей за счет исключения выброса его в атмосферу. Поставленная задача решается следующим образом. Известная установка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, включающий кварцевую трубку с размещенными в ней анодом и катодом, подключенным к источнику энергии, стакан осаждения углеродного наноматериала с термопарами на его поверхностях,снабженный системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала в виде поршня-щетки, соединенного штоком с редуктором электродвигателя, систему газоснабжения и систему охлаждения отработанного газового потока. Согласно предлагаемому техническому решению, на выходе из реактора, перед системой охлаждения отработанно 2 64762010.08.30 го газового потока, дополнительно установлен фильтр-ловушка, состоящий из последовательно соединенных системы каналов, заслонки и ссыпной емкости. Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает повышение производительности установки за счет дополнительного улавливания частиц углеродного наноматериала и улучшение экологических показателей за счет исключения выброса его в атмосферу. На фигуре изображен общий вид схемы предлагаемой установки. Установка содержит плазмохимический реактор, верхняя часть которого включает кварцевую трубку 1 с катодом 2 и заземленным анодом 3, который имеет форму диска с центральным отверстием, а также элементы системы газоснабжения 4. К катоду 2 подключен источник энергии 5. Нижняя часть плазмохимического реактора представлена стаканом 6 осаждения углеродного наноматериала, который установлен вертикально и соединен с анодом 3. Стакан 6 снабжен системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, которая выполнена в виде поршня-щетки 7, соединенного штоком 8 с редуктором электродвигателя 9. На наружной и внутренней стенках стакана 6,установлены термопары 10. На выходе из реактора, перед системой охлаждения отработанного газового потока 11, дополнительно установлен фильтр-ловушка 12, состоящий из системы последовательно соединенных каналов 13, заслонки 14 и ссыпной емкости 15. Установка работает следующим образом. В кварцевую трубку 1 через систему газоснабжения 4 подается газовая смесь. 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 плазмой высоковольтного разряда высокотемпературная рабочая газовая смесь направляется в стакан 6 осаждения углеродного наноматериала. При контакте высокотемпературной рабочей газовой смеси с металлической поверхностью стакана 6 осаждения происходит ее разогрев и на поверхности происходит образование углеродного наноматериала. После образования слоя оптимальной толщины включается электродвигатель 9, который приводит поршень-щетку 7 в возвратно-поступательное движение и счищает образовавшийся углеродный наноматериал, который попадает в нижнюю часть стакана 6. После процесса очистки электродвигатель 9 выключается, а синтез углеродного наноматериала продолжается. Отработанная газовая смесь выходит из реактора, подхватывает и уносит с собою часть углеродного наноматериала, который в процессе очистки попадает в нижнюю часть стакана и поступает в фильтр-ловушку 12, где под действием силы тяжести и происходит его улавливание и оседание на дне фильтраловушки 12. При образовании на дне фильтра-ловушки 12 значительного слоя из углеродных наноматериалов открывается заслонка 14, и образовавшийся (пойманный) материал ссыпается в ссыпную емкость 15. После чего заслонка закрывается и фильтр-ловушка продолжает улавливать часть уносимого наноматериала вместе с отработанной газовой смесью, поступающей в систему 11 охлаждения отработанного газового потока. Затем очищенная газовая смесь выбрасывается в атмосферу. Таким образом, обеспечивается высокая производительность установки за счет увеличения количества получаемого углеродного наноматериала фильтром-ловушкой, что исключает процесс остановки синтеза, кроме того, исключен выброс углеродного наноматериала в атмосферу. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3