一种用于掺氮纳米碳管的合成装置的制作方法

本实用新型属于纳米材料的合成领域，具体涉及一种掺氮纳米碳管的合成装置。

背景技术：

纳米碳材料是一种新型的无机纳米材料，在很多领域里都有潜在应用。近年来，以纳米碳管和石墨烯为代表的纳米碳材料一直都是纳米科学与技术领域的研究焦点之一。研究人员发现，纳米碳管因其独特的电学、力学、热学和光学性质以及巨大的比表面积等性能，迅速成为化学、物理学以及材料学领域的研究热点，并且在催化、能量存储以及符合材料等领域有着广泛的应用前景。研究表明，纳米碳材料的优异催化性能主要来源于它的表面缺陷和氧、氮等杂原子基团，因此，纳米碳材料的掺杂处理是提高其性能的有效途径之一。其中，氮原子由于电负性比碳原子大，掺杂以后可以明显增加碳材料的电荷密度，但是传统的掺氮方法（NH3处理、单碳氮源化学沉积法等）往往不能得到结构稳定、掺氮量高的纳米碳管。现有掺氮纳米碳管的合成装置，一般是由简单的管式炉、注射泵、气体管路等组成，此种结构的装置结构复杂，碳氮源浓度不稳定、可重复性差，且推广性差，适应范围狭窄，生产效率低下等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于设计提供一种结构简单、操作使用方便、可重复强、适用性广的掺氮纳米碳管的合成装置。

本实用新型通过以下技术方案加以实现。

所述的一种用于掺氮纳米碳管的合成装置，其特征在于包括前置管式炉、后置管式炉、循环水浴泵、水浴容器、设置在水浴容器内的鼓泡器、进气管，所述水浴容器的下端设置有进水口，上端设置有出水口，所述进水口和出水口均与循环水浴泵相连，所述前置管式炉和后置管式炉通过石英管串联设置，所述进气管通过三通球阀分别连接第一出气管和第二出气管，所述第一出气管的另一端延伸到鼓泡器内，所述第二出气管的另一端延伸到石英管内，所示第二出气管上设置有分支管，所述分支管的另一端延伸到鼓泡器内，位于前置管式炉内的石英管内设置有前置石英舟，位于后置管式炉内的石英管内设置有后置石英舟。

所述的一种用于掺氮纳米碳管的合成装置，其特征在于所述分支管的外壁上缠绕设置有加热带，所述加热带的温度高于水浴的温度。

所述的一种用于掺氮纳米碳管的合成装置，其特征在于所述石英管的末端设置有废气收集瓶。

所述的一种用于掺氮纳米碳管的合成装置，其特征在于所述废气收集瓶上设置有排气管。

本实用新型结构简单、操作方便，碳氮源丰富、稳定，可重复性强，适用性广；鼓泡器和串联管式炉方便在实际操作中根据不同种类、不同沸点的碳氮源，通过调变水浴、管式炉的温度，气体的流量，实现可控制备不同结构、不同组成的掺氮纳米碳管。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图中，1-前置管式炉，2-后置管式炉，3-循环水浴泵，4-水浴容器，5-鼓泡器，6-进气管，7-进水口，8-出水口，9-石英管，10-三通球阀，11-第一出气管，12-第二出气管，13-分支管，14-前置石英舟，15-后置石英舟，16-加热带，17-废气收集瓶，18-排气管。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型做进一步详细说明，并给出具体实施方式。

如图1所示，本实用新型一种用于掺氮纳米碳管的合成装置，该合成装置结构简单，成本低，操作可控性强。包括前置管式炉1、后置管式炉2、循环水浴泵3、水浴容器4、设置在水浴容器4内的鼓泡器5、进气管6，水浴容器4的下端设置有进水口7，上端设置有出水口8，进水口7和出水口8均与循环水浴泵3相连，前置管式炉1和后置管式炉2通过石英管9串联设置，进气管6通过三通球阀10分别连接第一出气管11和第二出气管12，第一出气管11的另一端延伸到鼓泡器5内，第二出气管12的另一端延伸到石英管9内，第二出气管12上设置有分支管13，分支管13的另一端延伸到鼓泡器5内，分支管13的外壁上缠绕设置有加热带16，且加热带16的温度高于水浴的温度，位于前置管式炉1内的石英管9内设置有前置石英舟14，位于后置管式炉2内的石英管9内设置有后置石英舟15，前置石英舟14内设置有固体有机物作为碳氮源，调变温度控制器浓度，后置石英舟15内设置有合成纳米碳材料的催化剂，石英管9的末端设置有废气收集瓶17，废气收集瓶17上设置有排气管18。

气体从进气管6进入，通过三通球阀10，反应之前不经过液体碳氮源，气体经过第二出气管12对装置进行排空，直到后置管式炉2升至目标温度，反应之前将固体碳氮源和合成掺氮纳米碳管的催化剂分别放置于前置石英舟14和后置石英舟15中；切换三通球阀10并将气体通过鼓泡器5，将液体碳氮源带入，同时前置管式炉1开始升温至目标温度，持续将双碳氮源带入到后置管式炉2中，与后置石英舟15中的催化剂进行反应，得到产品，气体通过排气管18排出；通过控制循环水浴泵3的温度，调节水浴容器4中水浴的温度，进而调变带入液体碳氮源的浓度，控制前置管式炉1的温度调变带入固体碳氮源的浓度，满足不同条件的实验要求；鼓泡器5和串联管式炉中可以放置不同种类、不同沸点的碳氮源，通过调变水浴、管式炉的温度，气体的流量，可控制备不同结构、不同组成的掺氮纳米碳管，不仅操作方便、结构简单，而且碳氮源丰富、稳定、可重复性强、适用性广。

工作过程：提前在鼓泡器5装入液体碳氮源,前置石英舟14中放置固体碳氮源，后置石英舟15中分散放入生长掺氮纳米碳管的催化剂，开启加热带16和循环水浴泵3加热电源；气体从进气管6进入，通过三通球阀10，不经过液体碳氮源，经过第二出气管12，开启后置管式炉2升温程序，切换三通球阀10将气体通过鼓泡器5，开启前置管式炉1升温程序，气体通过排气管18排出。