水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置

本技术涉及纳米金刚石粉末制备，特别是涉及水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置。

背景技术：

1、纳米金刚石是一种具有高价值的工业材料，可用于超精密抛光、润滑油添加剂、生物医学、隐身材料等。现有的广泛运用的纳米金刚石制备方法多为高温高压合成法，如tnt爆炸合成、高温高压反应釜合成等。但是这些方法前者成本高昂，难以广泛推广及产业化；后者多用于实验室小型化运用，工艺复杂，产量低下。

2、电爆炸金属丝法是指在一定的介质(如惰性气体、水等)环境下，强脉冲电流通过导体丝时，导体材料自身的物理状态急剧变化，并迅速把电能转化为其他形式能量(如热能、等离子体辐射能、冲击波能等)的一种物理现象。利用电爆炸进行纳米粉体材料的制备既可以作为一种纯物理的方法(如惰性气体环境下制备纳米粉)，也可以作为一种综合制备方法进行开发(通过控制爆炸后高温高压的金属蒸汽与环境介质的化学反应)。目前，利用电爆炸产生的高温高压将无定形碳固体废物合成纳米金刚石粉末的装置及工艺，国内外尚未有报导。

3、现有制备纳米金刚石粉末技术缺陷主要为以下几点：

4、首先从工艺方面：现有的合成纳米金刚石粉末的工艺往往存在着成本高昂、制备工艺受场地及设备限值、无法兼顾经济性与产量、产业化推广路径不明确等问题。

5、从能耗方面：高温高压反应釜法能耗高，制备复杂，在当前碳中和国际背景下不利于推广应用。

6、从反应器方面：无论是tnt爆炸法还是高温高压反应釜法，都对反应器有着严格的要求(耐温耐压、足够坚固稳定)。

7、从成本方面：合成产量大的tnt爆炸法成本高昂，无法推广应用。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置，包括爆炸容器，所述爆炸容器外侧顶部固定设置有送丝机构，所述送丝机构连接有金属丝，所述金属丝位于所述爆炸容器内部；所述爆炸容器内部设置有两个电极，两个电极电性连接有高压脉冲电容器，所述高压脉冲电容器电性连接有高压直流电源；所述爆炸容器一侧开设有进料口，所述爆炸容器的底部开设有出料口，所述进料口与所述出料口均与所述爆炸容器内部连通。

3、优选的，所述爆炸容器底部设置有用于观察爆炸容器内部的第一观察窗和第二观察窗。

4、优选的，两个所述电极与所述爆炸容器内部滑动连接。

5、优选的，所述爆炸容器采用不锈钢材料制成。

6、一种水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的方法，包括以下步骤：

7、a、破碎并研磨无定形碳固体废物，通过筛分剔除大颗粒及杂质；

8、b、去离子水洗涤剩余碳源粉末，沉淀分离剔除残余无定形碳固体废物的磨料颗粒；

9、c、用去离子水配置碳源粉末混合液；

10、d、将混合液通过送料口送入爆炸容器，自动送丝机构将金属丝自动送入容器内，调整两个电极分别与金属丝的两端连通，电极与金属丝接触连通后，高压直流电源为高压脉冲电容器充电，充电完毕后进行爆炸；反复进行该阶段的工序，在混合液中反复爆炸金属丝；

11、e、将步骤d中的爆炸工序完成后，爆炸容器内部的混合液从出料口排出，过滤混合液，分离出固体；

12、f、除去固体中因金属丝电爆炸而产生的纳米金属粉末；

13、g、除去固体中残余的无定形碳颗粒；

14、h、剩余固体颗粒经洗涤、干燥后得到纳米金刚石粉末。

15、优选的，所述步骤d中的自动送丝机构将金属丝自动送入到容器内液面下200mm处。

16、优选的，所述步骤f中采用酸洗法或者电解法除去固体中因金属丝电爆炸而产生的纳米金属粉末。

17、优选的，所述步骤g中采用高氯酸、硫酸、硝酸和高锰酸钾中任意一种溶解无定形碳颗粒。

18、优选的，所述步骤h中得到的纳米金刚石粉末的粒径控制在10-50nm。

19、本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型设计了一种水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置，利用无定形碳固体废物作为原料，通过电爆炸产生的高温高压使原料合成为纳米金刚石粉末，实现固体废物资源化及减污降碳；本实用新型是国内首次采用水中金属丝电爆炸代替炸药爆炸制备纳米金刚石粉末；将难以处理的无定形碳固体废物转化为高附加值的纳米金刚石粉末；本装置生产过程更安全、更高效、可实现无人值守生产。

技术特征：

1.水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置，其特征在于：包括爆炸容器(2)，所述爆炸容器(2)外侧顶部固定设置有送丝机构，所述送丝机构连接有金属丝(10)，所述金属丝(10)位于所述爆炸容器(2)内部；所述爆炸容器(2)内部设置有两个电极(3)，两个电极(3)电性连接有高压脉冲电容器(9)，所述高压脉冲电容器(9)电性连接有高压直流电源(8)；所述爆炸容器(2)一侧开设有进料口(4)，所述爆炸容器(2)的底部开设有出料口(6)，所述进料口(4)与所述出料口(6)均与所述爆炸容器(2)内部连通。

2.根据权利要求1所述的水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置，其特征在于：所述爆炸容器(2)底部设置有用于观察爆炸容器(2)内部的第一观察窗(5)和第二观察窗(7)。

3.根据权利要求1所述的水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置，其特征在于：两个所述电极(3)与所述爆炸容器(2)内部滑动连接。

4.根据权利要求1所述的水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置，其特征在于：所述爆炸容器(2)采用不锈钢材料制成。

技术总结
本技术公开水中电爆炸金属丝制备纳米金刚石粉末的装置，爆炸容器固设有送丝机构，送丝机构连接有金属丝；爆炸容器设置有两个电极，两个电极连接有高压脉冲电容器，高压脉冲电容器连接有高压直流电源；制备方法：研磨无定形碳固体废物；去离子水洗涤剩余碳源粉末；去离子水配置碳源粉末混合液；将混合液送入爆炸容器，两个电极与金属丝的两端连通，高压直流电源为高压脉冲电容器充电进行爆炸，将爆炸容器内部的混合液从出料口排出，分离出固体；除去固体中的纳米金属粉末；干燥后得到纳米金刚石粉末。利用无定形碳固体废物作为原料，通过电爆炸产生的高温高压使原料合成为纳米金刚石粉末，实现固体废物资源化及减污降碳。

技术研发人员：陈扬,王通哲,冯钦忠,刘俐媛,郭剑波,张艺涛,陈俊
受保护的技术使用者：中国科学院大学
技术研发日：20221209
技术公布日：2024/1/13