一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法与流程

文档序号:12053035阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:以气态或可气化含碳原料为碳源,将可被电离成等离子体的气体作为载气,使用旋转进气的方式,以载气带动碳源通过等离子体区域进行裂解反应,从而得到高性能的纳米碳材料;纳米碳材料和反应后的尾气分开后,部分尾气循环预热未反应的混合气体后可再次进入等离子发生装置再次反应,以得到低成本、高导电性能的纳米碳材料;所述制备纳米材料的方法采用介质阻挡放电与电弧放电结合的模式,放电电压为360 V-100 kV,电流在0.1-10 A;所述介质阻挡放电部分为绝缘管壁外围包上一层导电圆环,轴心处为电极,所述电弧放电部分为一个包覆了导电圆环的金属管;所述电弧放电与所述介质阻挡放电共用一根电极,同时接到电源低压端,当放电开始后,绝缘管中首先以介质阻挡放电的模式产生电弧,在气流的冲击下,电弧往前移动,随后电极与金属管壁放电,产生一个更大的电弧,产生的电弧在旋转进气的作用下高速旋转。

2.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:所述一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法采用介质阻挡放电和电弧放电组合放电等离子体法,所述组合放电等离子体法前部为介质阻挡放电,后部为电弧放电,所述介质阻挡放电部分起到“引弧”作用,电弧从介质阻挡放电的微弱电弧扩大成电弧放电的强电弧;制备纳米碳材料过程中产生的等离子体的温度在1000-6500 ℃之间。

3.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:所述介质阻挡放电部分气体流速较高,反应停留时间在0.01-0.1 s间,所述电弧放电部分气体流速较低,反应停留时间在0.1-360 s间,所述介质阻挡放电部分放电距离为0.3-3 cm,所述电弧放电部分金属管壁与电极距离为3-11 cm。

4.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:所述电极材料为铁、铜、钨、石墨等中的一种或几种的合金材料。

5.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:所述一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法采用旋转进气的方式,产生的放电电弧在气流的带动下高速旋转,使整个金属管里都是等离子体放电的区域。

6.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:所述一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法采用的载气为氩气、氦气、氢气、氨气、氮气、二氧化碳中的一种或几种组合;采用的碳源为气态烃或任意一种高沸点液态甚至固态碳氢化合物,所述气态烃为天然气、焦炉煤气、炼厂气、煤层气、石油液化气、工厂尾气、多种碳氢化合物的一种或几种组合;碳源与载气的体积比在1:10-3:1之间。

7.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:所述载气和所述碳源分开进气;载气从介质阻挡放电部分进气,方便击穿;碳源从电弧放电部分进气,有利于降低介质阻挡放电部分击穿载气所需的能量。

8.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:所述金属管直径为所述绝缘管管直径的2-5倍。

9.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:原料的转化率极高;对于键能相对较低的烷烃、烯烃,其等离子体反应区域转化率达到接近100%;对于键能相对较高的烷烃,其等离子体单程转化率达到90%以上;产物主要为纳米碳材料和氢气,由于原料气的转化率、纳米碳材料和氢气的选择性都非常高,最终气态副产物氢气的纯度为98%以上,其余为未反应的原料气和生成的气态副产物。

10.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电与电弧放电结合的放电模式制备纳米碳材料的方法,其特征在于:制备过程的尾气可以进行循环;尾气中含有大量的载气和少数未反应完的碳源,经过旋风分离器后的尾气一部分通过空气泵输送到载气进料口进入到反应装置中。

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