[发明专利]一种用于制备碳材料的反应系统

说明书

本发明公开了一种用于制备碳材料的反应系统，包括设于反应器上的固体、液体、气体进料口和出料口，所述反应系统还包括固体、气体和液体进料装置、收集分离装置、传感器和控制器；所述液体进料装置与液体进料口、固体进料装置与固体进料口、收集分离装置与出料口、气体进料装置与气体进料口分别通过第一、二、三和四控制阀连通；所述气体进料装置包括文丘管和进气管，文丘管设于第四控制阀上游，文丘管支路与液体进料装置通过第五控制阀连通，所述进气管一端伸入反应器内并在管腔内靠近端部设有导流器；所述出料口设有滤网。本发明提供的反应系统通过液气混合增加气体的分散均匀度，使得金属氢化物与气体充分接触实现了完全反应，自动化程度高。

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，具体涉及一种用于制备碳材料的反应系统。

背景技术

如今，碳材料由于具有特殊的形貌和结构，受到人们越来越多的关注和重视。常见的碳材料主要有碳纳米管，碳纤维，石墨烯、多孔碳和石墨等，被广泛应用于储氢材料、超级电容器、太阳能电池和传感器等领域。

目前，制备碳材料的方法主要有物理活化法、化学活化法、模板法、气体还原法等。CN105271178B公布了一种金属含氢化物与温室气体CO₂在施加一定触发能量的条件下可发生化学反应生成多种形貌的碳材料的方法，其方法简单易控、高效、能耗低，易于实现工业化生产。CN100434359C公布了一种连续生产纳米碳材料的方法及装置，其方法是气体与固体催化剂在温度100-1200℃，压力0.01-10Mpa下反应，然后气、固混合物流冷却分离，得到纳米碳材料，该发明的装置为管式反应器，一端有设有固体催化剂进料口和气体进料口，反应器有加热器，另一端为气固分离区设有尾气出口和放料口，反应区与气固分离区有冷却区，反应器中心轴配有直管，直管位于反应器内的一端封闭，另一端开口用于插入热电偶测量反应器内的温度。CN107311146A公布了一种连续化制备纳米碳材料的装置及方法，该发明中装置为管式反应器，其始端设有进气管和进料管，末端设有排气管和排料管，进气管、排气管和排料管都设有截止阀，反应器中心轴设有螺旋输送器，反应区设有加热炉(加热到600-1000℃)，储料仓与进料管相连接并在储料仓内设有螺旋给料器，该装置存在混合不均匀，对加热实施要求高的问题。CN102741162A提供了一种纳米碳材料制造装置，其具备反应管、连接管、回收管、排出部和捕捉部，反应器内部具有催化剂载体，通过气体对催化剂载体的搅拌生成碳材料。CN107215861A提供了制备碳材料的装置，其具有一容纳空间，碳材料原料进入容纳空间，在1000-3800℃进行高温石墨化处理得到碳材料，装置材料为高密度石墨。CN107337193A提供了一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置，包括管式反应器，其始端有进气管，进气管上设有进料管，末端有排气管和排料管，反应区有加热炉(反应温度300～700℃)，排料管下方设有电磁分离器，排气管连有气体压力传感器，反应原料为气体和固体催化粉末。上述所有反应装置均以气体和固体为原料在触发能高温高压或球磨下进行来制备碳材料，其对装置材质有较高的要求，而且高压下反应器内的气体容易返充到进气管道中，此外存在结构复杂、不容易清洗、不易自动化控制等问题。现有文献也未有将气体与液体混合注入反应器制备碳材料的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种以直接加热、化学反应释放的反应热或动能气体至少一种条件来触发反应制备碳材料的反应系统。本发明的另一目的，提供了一种将气体与液体按可控比例混合后注入反应器并制备碳材料的系统，该系统灵活性高、可适用于多种反应条件、易维护、且结构紧凑，占地面积小，可一步实现从原料到碳材料的收集。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：