[实用新型]碳材料氮掺杂系统

说明书

本实用新型公开了一种碳材料氮掺杂系统，包括：汽化器，所述汽化器内设有加热器，并且所述汽化器上设有液态氮源入口、氮气入口和混合气出口；反应器，所述反应器内具有自下而上的反应区和出气区，所述反应区设有气体分布器、混合气入口，所述混合气入口的出气端设在所述气体分布器下方，所述混合气入口与所述混合气出口相连，所述气体分布器上布置有碳材料，所述出气区设有尾气出口，在反应区和/或出气区设有氮掺杂碳材料出口。该系统为液态氮源对碳材料进行氮掺杂提供了一种可能，且氮源利用率高，掺杂效果好，工艺简单、能耗低。该系统为液态氮源对碳材料进行氮掺杂提供了一种可能，且氮源利用率高，掺杂效果好，工艺简单、能耗低。

技术领域

本实用新型属于碳材料掺杂改性领域，具体而言，本实用新型涉及碳材料氮掺杂系统。

背景技术

现有的碳材料掺杂装置多是借助回转炉、气氛炉等热解装置，且多是将固相掺杂源与碳材料混合热解。掺杂源在升温过程中大量分解并随尾气排出，导致掺杂源利用效率低，同时降低碳材料的掺杂效果。

因此，现有碳材料掺杂技术有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种碳材料氮掺杂系统。该系统为液态氮源对碳材料进行氮掺杂提供了一种可能，且氮源利用率高，掺杂效果好，工艺简单、能耗低。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种碳材料氮掺杂系统，根据本实用新型的实施例，该系统包括：

汽化器，所述汽化器内设有加热器，并且所述汽化器上设有液态氮源入口、氮气入口和混合气出口；

反应器，所述反应器内具有自下而上的反应区和出气区，所述反应区设有气体分布器和混合气入口，所述混合气入口的出气端设在所述气体分布器下方，所述混合气入口与所述混合气出口相连，所述气体分布器上布置有碳材料，所述出气区设有尾气出口，在所述反应区和/或所述出气区设有氮掺杂碳材料出口。

根据本实用新型实施例的碳材料氮掺杂系统，通过将液态氮源供给至汽化器中汽化，可将液态氮源汽化为气态，同时，氮气作为载气，可将汽化后的氮源送至反应器中。在反应器里，碳材料与含有氮源的混合气在反应区高温条件发生反应，混合气中不含有水，碳材料中的碳可与氮源中的氮发生反应生成含C-N键和/或C＝N、C≡N的氮掺杂碳材料，同时，反应过程中会伴随着气体产生，对调节碳材料的孔径有一定作用。反应器内，因混合气本身具有一定温度，可降低反应器的能耗，实现液态氮源对碳材料的氮掺杂。相较于现有的将固相掺杂源与碳材料直接混合热解的技术，本申请采用液态氮源作为掺杂源，且将液态氮源汽化后再送进反应器内与碳材料反应，避免了掺杂源的浪费，显著提高了掺杂源的利用率，同时汽化后的氮源本身具有一定温度，可降低反应器内的能耗，同时可提高反应器碳材料的氮掺杂效率。由此，该系统为液态氮源对碳材料进行氮掺杂提供了一种可能，且氮源利用率高，掺杂效果好，工艺简单、能耗低。

另外，根据本实用新型上述实施例的碳材料氮掺杂系统还可以具有如下附加的技术特征：

任选的，在高度方向上，所述液态氮源入口位于所述氮气入口的上方。由此，可充分利用氮气的动能实现氮气作为液态氮源汽化后气体的载气功能。

任选的，所述反应器为流化床反应器。由此，有利于实现氮源对碳材料的氮掺杂作用。

任选的，所述出气区的直径大于所述反应区的直径。由此，有利于反应区得到反应尾气的顺行。

任选的，所述出气区的下端形成渐缩部，所述渐缩部的下端与所述反应区上端相连。

任选的，所述出气区的直径与所述反应区的直径比为1～3：1。

任选的，所述出气区与所述反应区的高度比为0.05～5：1。