二氧化碳回收装置以及二氧化碳回收系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种将从汽车、船舶等的排放气体中含有的二氧化碳（C02)中的碳 素（C)固定化，在减少对自然环境排放的同时，还可制备出被称为碳纳米结构体（碳纳米管 (CNT))、碳洋葱、碳纳米号角等）的具有高附加值的先进炭素材料的相关技术。
【背景技术】
[0002] -般情况下，二氧化碳（C〇2)与一氧化碳（CO)和碳氨化合物（肥）比起，从分离运 些炭的结合所需耗费的庞大的能源来看，可见二氧化碳的处理是十分困难的。
[0003] 鉴于W上情况，本发明的发明人大前先生，掌握了将碳氧化物气体中的二氧化碳 仰2气体）作为碳源，采用微波等离子体CVD法，可W制备出多壁碳纳米管、碳洋葱和碳纳 米中的任意一种的方法，并已经发表过关于C〇2回收装置的技术（日本专利文献1)。
[0004] 已经公开的c〇2回收装置，是由具备表面是铁等催化剂层形成的基板和、对基板进 行加热的加热装置和、往基板表面导入C〇2气体的气体导入装置和、让基板表面发生微波等 离子的微波等离子发生装置和、对微波等离子发生装置进行电源供应的电源供应装置构成 的装置。
[0005]【专利文献1】国际公开W02011/004609
【发明内容】
[0006] 发明所要解决的技术问题
[0007]W上所公开的C〇2回收装置，是在长度为800mm的石英管的周围设置微波振荡器 和马弗炉，使用氨气化2)作为载气，石英管中的C〇2气体等离子体化并发生分解，设置在马 弗炉中的基板上生成纳米碳颗粒。由此，所公开的C〇2回收装置，微波振荡器和马弗炉的总 的耗电量会很大，虽然实现了将C〇2气体中的碳素（C)固定化，但是存在着由此产生的庞大 耗电量问题。
[0008] 此外，由于是长度为800mm的石英管构成的装置，还存在着装置尺寸太大的问题。
[0009] 鉴于上述问题，本发明W提供一种装置尺寸紧凑，并可W降低耗电量的c〇2回收装 置为目的。
[0010] 解决问题的方法
[0011] 为了解决上述问题，本申请的发明人经过不断的反复研究和试验，完成了本发明 的C〇2回收装置。
[0012] 本发明的0)2回收装置，将碳氧化物气体中的CO2气体作为碳源，采用微波等离子 体CVD法，是制造多壁碳纳米管、碳洋葱和碳纳米中的任意一种的制造装置，由W下的要素 构成。
[0013] 1)微波振荡器
[0014] 微波最好是使用的是市场上销售的微波炉所附属的振荡频率2. 45GHz，最大输出 功率为500W的磁控管。
[0015] 2)微波波导管
[0016] 微波在波导管内来回共振。
[0017] 3)设置在微波波导管内部的反应管，即气体导入管和排气管在微波波导管内折返 的反应管，体导入管和排气管在微波波导管内折返，可W让石英管的尺寸控制在原来的一 半，实现装置的紧凑化。
[0018] 关于反应管，因为只要延长气体流动的路径即可，例如螺旋形或婉艇形状都是很 有用的。
[0019] 4)设置在气体导入管内壁的陶瓷加热器
[0020] 采用陶瓷加热器可W通过微波照射实现自然升溫。在此，陶瓷加热器对从C〇2气 体中制出纳米碳类是有效且必要的。但是，有没有陶瓷加热器，并不影响到C〇2气体的减少 率。
[0021] c〇2回收装置，根据上述构成，在反应管的折返部位产生微等离子体，使生成的多 壁碳纳米管、碳洋葱和碳纳米中的任意一种沉积在排气管的内壁上。在排气管的内部设置 基板，让生成的多壁碳纳米管等沉积在所设置的基板上也是可W得。
[0022] 此外，等离子体CVD法，对分解或减少氯氣控气体或有毒气体有效果，加上C〇2气 体，将包括少氯氣控气体或有毒气体在内的碳氧化物气体供应在本发明的0)2回收装置上 也是可W的。
[0023] 此外，关于上述结构的0)2回收装置，将微波波导管换成微波导波用同轴电缆，在 设置在邻近于微波导波用同轴电缆的反应管内进行微波等离子体也是可W的。
[0024]也就是说，本发明的其他观点的(?回收装置，将碳氧化物气体中的CO2气体作为 碳源，采用微波等离子体CVD法，是制造多壁碳纳米管、碳洋葱和碳纳米中的任意一种的装 置，具备微波振荡器、微波导波用同轴电缆，W及设置在邻近于微波导波用同轴电缆的反应 管，即气体导入管和排气管在邻近于微波导波用同轴电缆的位置折返的反应管和、设置在 气体导入管内壁的陶瓷加热器。
[00巧]本发明的0)2回收装置中的反应管，具体讲可W是U形管，一侧作为气体导入管， 另一侧作为排气管。
[0026] 反应管采用U形管，可W减少石英管的尺寸，实现装置的紧凑化。
[0027] 此外，作为优选，反应管中的气体导入管，可W是呈螺旋形或婉艇形状，延长气体 流动的路径。
[0028] 本发明的C〇2回收装置中的反应管，具体讲可W是直径不同的2根管，直径小的一 侧作为气体导入管，直径大的一侧作为排气管，将气体导入管插入排气管内。
[0029] 关于反应管，将气体导入管插入排气管的结构，可W使石英管的尺寸减半，实现装 置的紧凑化。
[0030] 如上所述，关于反应管，因为只要延长气体流动的路径即可，例如不是直线形状， 而是螺旋形或婉艇形状，将直径小的气体导入管插入直径大的排气管内也是可W的。
[003。本发明的％回收装置中的陶瓷加热器，最好是碳化娃（SiC)陶瓷加热器。
[0032] 所述的陶瓷加热器，通过微波振荡器的微波照射而升溫的。由此，加热器进行加热 不需要电源，可W减少装置的耗电量。如上所述，陶瓷加热器是对从％气体中制出纳米碳 类是有效且必要的。但是，有没有陶瓷加热器，并不影响C〇2气体的减少率。
[0033] 本发明的(?回收装置中的反应管内的压力，最好是100~200Pa。反应管内的压 力低于IOOPa或是反应管内的压力高于200Pa时，微波不容易产生等离子体。压力太低或 压力太高都会导致微波不容易产生等离子体。
[0034] 本发明的C〇2回收装置中的反应管，是从透明石英玻璃、不透明石英玻璃、璃陶瓷 材料、和金属材料中选择的材料形成的。其中，采用透明石英玻璃制成的石英管最适用。当 使用透明的石英玻璃时，W天然水晶为原材料，使用氨氧焰或电炉加热至大概1800°CW上 的高溫进行铸锭，W石墨作为模具在电炉中大概在2000°CW上的高溫下形成U形制成的透 明反应管。当使用不透明石英管时，W石英石作为原料，由于原料中残留的气泡形成不透明 的反应管。此外，还可W使用璃陶瓷材料、金属材料等制造反应管也是可W的。从透明石英 玻璃、不透明石英玻璃、璃陶瓷材料和金属材料中选择的材料形成的反应管，通过微波等离 子体CVD法，可W使生成的多壁碳纳米管、碳洋葱和碳纳米中的任意一种沉积在反应管的 内壁上。
[003引本发明的％回收装置中的微波波导管的规模尺寸，最好是长度为400mmW下、宽 为200mm、高度为IOOmmW下。
[0036] 在位于上述的尺寸的微波波导管的大致中央处设置反应管的折返部位，产生微波 等离子。
[0037] 本发明的发明人，经过反复研究和试验，终于得出将微波波导管的规模尺寸定在 长度为400mmW下、宽为200mm、高度为IOOmmW下。W运个程度的尺寸，可W减少微波振荡 器的电量，并且，使用复数个0)2回收装置，能够很容易地实现建设一个二氧化碳回收系统。
[0038]当本发明的C〇2回收装置采用的是微波波导管时，最好设置微波整合器。此外，如 果采用的是微波导波用同轴电缆时，最好设有同轴型的=短截线调谐器。
[0039] 本发明的C〇2回收系统，是将上述的二氧化碳回收装置进行多段设置的系统，将前 段的C〇2回收装置中的排气管与后段的C〇2回收装置中的气体导入管连接在一起。多段连 接可W更好的提高C〇2气体的削减率。
[0040] 此外，若将上述C〇2回收装置大型化时，也就是说，需要处理的CO2的量很大时，构 筑时将大量的C〇2回收装置进行并列化的系统。将C〇2回收装置的气体导入管并形排列，将 从大的管道口排放出的C〇2气体导入一大束直径小的气体导入管，CO2回收装置从各个气体 导入管开始对C〇2气体进行分担处理。
[0041] 本发明的0)2回收系统，去除从前段的c〇2回收装置的排气管排放出的气体中的一 氧化碳（CO),将去除了一氧化碳（CO)后的气体送入后段的c〇2回收装置的气体导入管。最 好是设置运样的CO分解装置。通过CO分解装置，从c〇2回收装置的排气管排放出的气体 中去除一氧化碳（CO),可W将去除的一氧化碳（CO)作为燃料进行再生使用。一氧化碳（CO) 作为燃料使用时产生的C〇2,可W利用本发明的C〇2回收装置进行削减。
[004引发明效果
[0043] 本发明的0)2回收装置，将C〇2气体中的碳素（C)固定化，而且装置尺寸紧凑，具有 降低耗电量的效果。
[0044] 此外，本发明的(?回收装置，通过采用等离子体CVD法，对分解或削减氣利昂或 有毒气体是有效果的。
【附图说