[发明专利]一种可控火焰燃烧器及其合成碳纳米管的方法

权利要求书

1.一种合成碳纳米管的可控火焰燃烧器，其特征在于，包括相互嵌套的上下贯通的双层直圆管，内层直圆管包围的区域为中心反应合成区，内层直圆管与外层直圆管之间包围的区域分割为高温热源区和低温冷却区，所述双层直圆管的上部出口为碳纳米管取样区，所述中心反应合成区的下口为反应物混合气、惰性气体和纳米催化剂颗粒的入口，所述高温热源区的下口为可燃预混气体的入口，所述低温冷却区的下口为冷却气体的入口。

2.根据权利要求1所述的合成碳纳米管的可控火焰燃烧器，其特征在于，所述高温热源区和低温冷却区分别有2个，2个高温热源区对称布置，2个低温冷却区对称布置。

3.根据权利要求2所述的合成碳纳米管的可控火焰燃烧器，其特征在于，所述内层直圆管的出口与所述外层直圆管的出口平齐；

所述冷却气体为惰性气体或者空气，所述碳纳米管取样区用于收集合成的碳纳米管材料。

4.一种利用权利要求1、2或3所述的可控火焰燃烧器合成碳纳米管的方法，其特征在于，包括步骤：

将可燃气体与空气或氧气预混后，通入到所述高温热源区，经点火燃烧后，产生对称的稳定火焰，向所述中心反应合成区提供碳纳米管合成所必需的稳定高温热源，同时产生部分碳纳米管；

同时，向所述低温冷却区通入冷却气体来控制所述中心反应合成区内的温度；

同时，向所述中心反应合成区中通入预混后的反应混合气体、惰性气体和纳米催化剂颗粒，提供碳纳米管合成所必需的稳定碳源气体和纳米催化剂颗粒，在高温下发生裂解反应，产生游离态的活性碳原子，在惰性气体的保护下，与纳米催化剂颗粒迅速结合，成为碳纳米管的生长核心并且不断生长，最终形成碳纳米管。

5.根据权利要求4所述的合成碳纳米管的方法，其特征在于，所述可燃气体为含碳气体，包括甲烷、乙烯、乙炔和/或液化石油气；

所述惰性气体为氩或氦；

所述纳米催化剂颗粒为过渡金属催化剂颗粒，所述过渡金属催化剂颗粒含镍、铁或钴元素；

所述反应混合气体为含碳气体和氢气，所述含碳气体包括乙烯、乙炔、乙烷、一氧化碳。

6.根据权利要求5所述的合成碳纳米管的方法，其特征在于，所述碳纳米管的取样工具为金属探针、金属平面基板、金属球面基板和/或金属丝网。

7.根据权利要求6所述的合成碳纳米管的方法，其特征在于，所述高温热源区的燃烧温度在550℃～1250℃之间。