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一种制备微纳米 碳球的装置

阅读：959发布：2023-01-09

专利汇可以提供一种制备微纳米碳球的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种制备微纳米碳球的装置，属于微纳米碳技术领域，包括：液体碳源存储器、固体粉末存储器、超声搅拌器、进料注射装置、石英管和竖式管式加热炉，竖式管式加热炉内部中心位置设置有石英管，石英管上下两端置于竖式管式加热炉外部，竖式管式加热炉上端垂直设置有支撑架，液体碳源存储器与固体粉末存储器均通过连接杆与支撑架相连，液体碳源存储器与固体粉末存储器下方的超声搅拌器通过连接杆与支撑架相连，超声搅拌器下方的进料注射装置通过连接杆与支撑架相连。本实用新型结构简单，适用范围广，固体、液体、固液混合物均可作为碳源，本实用新型集原料混合、超声搅拌、碳化三种功能于一身，操作简单、安全、用量精准。，下面是一种制备微纳米碳球的装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种制备微纳米碳球的装置，包括：液体碳源存储器(1)、固体粉末存储器(3)、超声搅拌器(6)、进料注射装置(8)、石英管(9)和竖式管式加热炉(10)，其特征在于，所述竖式管式加热炉(10)内部中心位置设置有石英管(9)，石英管(9)上下两端置于竖式管式加热炉(10)外部，竖式管式加热炉(10)上端垂直设置有支撑架(2)，液体碳源存储器(1)与固体粉末存储器(3)均通过连接杆与支撑架(2)相连，液体碳源存储器(1)与固体粉末存储器(3)下方的超声搅拌器(6)通过连接杆与支撑架(2)相连，超声搅拌器(6)下方的进料注射装置(8)通过连接杆与支撑架(2)相连；
所述液体碳源存储器(1)与固体粉末存储器(3)均通过连接软管与超声搅拌器(6)入料口相连，超声搅拌器(6)的出料口通过连接软管与进料注射装置(8)进料口相连，进料注射装置(8)的出料口位于石英管(9)上端进料口的正上方。
2.根据权利要求1所述的一种制备微纳米碳球的装置，其特征在于，所述超声搅拌器(6)包括：搅拌器(6-1)、超声发生装置(6-2)和搅拌壳体(6-3)，所述搅拌壳体(6-3)通过连接杆与支撑架(2)相连，搅拌壳体(6-3)内设置有搅拌器(6-1)和超声发生装置(6-2)，液体碳源存储器(1)与固体粉末存储器(3)均通过连接软管与搅拌壳体(6-3)上端的进料口相连，搅拌壳体(6-3)下端的出料口通过连接软管与进料注射装置(8)相连。
3.根据权利要求2所述的一种制备微纳米碳球的装置，其特征在于，所述进料注射装置(8)包括：上固定板(8-1)、移动板(8-2)、下固定板(8-3)、光杆(8-4)、螺纹杆(8-5)、推杆(8-
6)、锁紧环(8-7)和注射壳体(8-8)，所述上固定板(8-1)与下固定板(8-3)均通过连杆与支撑架(2)相连，上固定板(8-1)与下固定板(8-3)之间通过两个光杆(8-4)相连，移动板(8-2)套装在光杆(8-4)上并在其上滑动，螺纹杆(8-5)下端与下固定板(8-3)通过轴承相连，螺纹杆(8-5)上端穿过移动板(8-2)上的螺纹通孔与上固定板(8-1)通过轴承相连，动力电机通过安装架固定在上固定板(8-1)上，动力电机的输出端与螺纹杆(8-5)上端相连，下固定板(8-3)下端面设置有锁紧环(8-7)，注射壳体(8-8)安装在锁紧环(8-7)内，所述移动板(8-2)下端面垂直设置有推杆(8-6)，推杆(8-6)下端设置有活塞，活塞置于注射壳体(8-8)内并与之配合使用，注射壳体(8-8)侧壁开有进料口，注射壳体(8-8)的进料口通过连接软管与搅拌壳体(6-3)下端的出料口相连，注射壳体(8-8)的进料口与搅拌壳体(6-3)下端的出料口上的连接软管设置有泵(11)，注射壳体(8-8)下端出料口位于石英管(9)上端进料口的正上方。
4.根据权利要求3所述的一种制备微纳米碳球的装置，其特征在于，所述锁紧环(8-7)包括套管，套管侧壁开有螺纹孔，螺栓与套管侧壁的螺纹孔配合对注射壳体(8-8)进行锁紧。
5.根据权利要求3所述的一种制备微纳米碳球的装置，其特征在于，所述石英管(9)包括：上端盖(9-1)、产物接受器(9-3)和壳体(9-5)，所述壳体(9-5)通过安装架与竖式管式加热炉(10)相连，壳体(9-5)上下两端分别插装有上端盖(9-1)和下端盖(9-6)，上端盖(9-1)上设置有进料口，下端盖(9-6)上设置有进气孔(9-4)，壳体(9-5)内壁设置有挡片，挡片上设置有产物接受器(9-3)，延伸至竖式管式加热炉(10)的壳体(9-5)上设置有出气孔(9-2)。
6.根据权利要求5所述的一种制备微纳米碳球的装置，其特征在于，所述产物接受器(9-3)为金属收纳篮。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种制备微纳米碳球的装置，其特征在于，所述连接软管上设置有阀门。

说明书全文

一种制备微纳米碳球的装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及微纳米碳技术领域，尤其涉及一种制备微纳米碳球的装置。

背景技术

[0002] 随着全球变暖，能源的生产和储存成为当今社会关注的焦点。为了满足人类社会日益增长的能源需求，在年人类所需要的电力相当于现在的两倍，而生产这些电力每年需要消耗的化石燃料相当于上千吨石油。然而传统能源日益枯竭，并且会带来严重的环境污染问题，所以开发可再生清洁能源迫在眉睫。可再生能源主要包括：风能、太阳能、潮汐能、生物质和地热能等，由于这些能源受自然条件的限制，很难直接进入电网。为了更好的利用这些可再生能源，就需要建立一个能源转化和储存系统，以便将这些能源储存起来。能源转化主要包括太阳能电池和燃料电池，能源储存主要包括锂离子电池和超级电容器。然而这些先进技术都对自身所使用的材料具有很强的依赖性，因此研发新型的功能材料是是一项极具挑战的工作。

[0003] 碳是地球上最丰富的元素，其在生态系统中扮演着至关重要的角色。在几千年前，碳已经作为能源的原料来使用，随着科技的不断进步，人们努力从碳材料中提取和利用新的能源。这些技术造就了当今社会，包括汽车、飞机、电脑、激光、手机、相机等设备，这些都建立在碳基材料的基础上。碳一般以生物质、煤和石油的形式存在，其提供的能源主要靠汽油和电力系统来输出。所以，在未来的几十年能否从煤和石油这些不可再生能源过渡到清洁、可持续新型能源，新型功能碳材料的研发就显得尤为重要。

[0004] 球形碳材料作为碳材料成员之一，由于具有优异的物理和化学性能得以迅速发展，特别是作为零维碳材料的碳球，具有比表面积高、孔隙发达、化学稳定性好、热稳定性高等优异性能，被广泛应用于锂离子电池材料、催化剂载体、多孔导电材料、贮能材料等领域。碳球的合成方法较多，主要包括化学气相沉积法、溶剂热法和模板法。从合成原料的性质分析，催化油浆制备碳球最适宜方法为化学气相沉积法(CVD)。该方法具有产品纯度高、分散性好、粒径分布窄等特点，但CVD法也同时存在制备周期长、前驱体碳化不完全和规模化生产困难等缺点。
实用新型内容

[0005] 本实用新型为了解决化学气相沉积法制备周期长、前驱体碳化不完全和规模化生产困难的问题，进而提供了一种制备微纳米碳球的装置。

[0006] 实用新型技术方案：

[0007] 一种制备微纳米碳球的装置，包括：液体碳源存储器、固体粉末存储器、超声搅拌器、进料注射装置、石英管和竖式管式加热炉，

[0008] 所述竖式管式加热炉内部中心位置设置有石英管，石英管上下两端置于竖式管式加热炉外部，竖式管式加热炉上端垂直设置有支撑架，液体碳源存储器与固体粉末存储器均通过连接杆与支撑架相连，液体碳源存储器与固体粉末存储器下方的超声搅拌器通过连接杆与支撑架相连，超声搅拌器下方的进料注射装置通过连接杆与支撑架相连；

[0009] 所述液体碳源存储器与固体粉末存储器均通过连接软管与超声搅拌器入料口相连，超声搅拌器的出料口通过连接软管与进料注射装置进料口相连，进料注射装置的出料口位于石英管上端进料口的正上方。

[0010] 进一步，所述超声搅拌器包括：搅拌器、超声发生装置和搅拌壳体，所述搅拌壳体通过连接杆与支撑架相连，搅拌壳体内设置有搅拌器和超声发生装置，液体碳源存储器与固体粉末存储器均通过连接软管与搅拌壳体上端的进料口相连，搅拌壳体下端的出料口通过连接软管与进料注射装置相连。

[0011] 进一步，所述进料注射装置包括：上固定板、移动板、下固定板、光杆、螺纹杆、推杆、锁紧环和注射壳体，所述上固定板与下固定板均通过连杆与支撑架相连，上固定板与下固定板之间通过两个光杆相连，移动板套装在光杆上并在其上滑动，螺纹杆下端与下固定板通过轴承相连，螺纹杆上端穿过移动板上的螺纹通孔与上固定板通过轴承相连，动力电机通过安装架固定在上固定板上，动力电机的输出端与螺纹杆上端相连，下固定板下端面设置有锁紧环，注射壳体安装在锁紧环内，所述移动板下端面垂直设置有推杆，推杆下端设置有活塞，活塞置于注射壳体内并与之配合使用，注射壳体侧壁开有进料口，注射壳体的进料口通过连接软管与搅拌壳体下端的出料口相连，注射壳体的进料口与搅拌壳体下端的出料口上的连接软管设置有泵，注射壳体下端出料口位于石英管上端进料口的正上方。

[0012] 进一步，所述锁紧环包括套管，套管侧壁开有螺纹孔，螺栓与套管侧壁的螺纹孔配合对注射壳体进行锁紧。

[0013] 进一步，所述石英管包括：上端盖、产物接受器和壳体，所述壳体通过安装架与竖式管式加热炉相连，壳体上下两端分别插装有上端盖和下端盖，上端盖上设置有进料口，下端盖上设置有进气孔，壳体内壁设置有挡片，挡片上设置有产物接受器，延伸至竖式管式加热炉的壳体上设置有出气孔。

[0014] 进一步，所述产物接受器为金属收纳篮。

[0015] 进一步，所述连接软管上设置有阀门。

[0016] 本实用新型对于现有技术具有以下有益效果：

[0017] 本实用新型结构简单，适用范围广，固体、液体、固液混合物均可作为碳源。

[0018] 本实用新型集原料混合、超声搅拌、碳化三种功能于一身，操作简单、安全、用量精准。附图说明

[0019] 图1是本实用新型的结构示意图；

[0020] 图2是本实用新型超声搅拌器的结构示意图；

[0021] 图3是本实用新型进料注射装置的结构示意图；

[0022] 图4是本实用新型石英管的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

[0024] 一种制备微纳米碳球的装置，包括：液体碳源存储器1、固体粉末存储器3、超声搅拌器6、进料注射装置8、石英管9和竖式管式加热炉10，

[0025] 所述竖式管式加热炉10内部中心位置设置有石英管9，石英管9上下两端置于竖式管式加热炉10外部，竖式管式加热炉10上端垂直设置有支撑架2，液体碳源存储器1与固体粉末存储器3均通过连接杆与支撑架2相连，液体碳源存储器1与固体粉末存储器3下方的超声搅拌器6通过连接杆与支撑架2相连，超声搅拌器6下方的进料注射装置8通过连接杆与支撑架2相连；

[0026] 所述液体碳源存储器1与固体粉末存储器3均通过连接软管与超声搅拌器6入料口相连，超声搅拌器6的出料口通过连接软管与进料注射装置8进料口相连，进料注射装置8的出料口位于石英管9上端进料口的正上方。

[0027] 所述超声搅拌器6包括：搅拌器6-1、超声发生装置6-2和搅拌壳体6-3，所述搅拌壳体6-3通过连接杆与支撑架2相连，搅拌壳体6-3内设置有搅拌器6-1和超声发生装置6-2，液体碳源存储器1与固体粉末存储器3均通过连接软管与搅拌壳体6-3上端的进料口相连，搅拌壳体6-3下端的出料口通过连接软管与进料注射装置8相连。

[0028] 所述进料注射装置8包括：上固定板8-1、移动板8-2、下固定板8-3、光杆8-4、螺纹杆8-5、推杆8-6、锁紧环8-7和注射壳体8-8，所述上固定板8-1与下固定板8-3均通过连杆与支撑架2相连，上固定板8-1与下固定板8-3之间通过两个光杆8-4相连，移动板8-2套装在光杆8-4上并在其上滑动，螺纹杆8-5下端与下固定板8-3通过轴承相连，螺纹杆8-5上端穿过移动板8-2上的螺纹通孔与上固定板8-1通过轴承相连，动力电机通过安装架固定在上固定板8-1上，动力电机的输出端与螺纹杆8-5上端相连，下固定板8-3下端面设置有锁紧环8-7，注射壳体8-8安装在锁紧环8-7内，所述移动板8-2下端面垂直设置有推杆8-6，推杆8-6下端设置有活塞，活塞置于注射壳体8-8内并与之配合使用，注射壳体8-8侧壁开有进料口，注射壳体8-8的进料口通过连接软管与搅拌壳体6-3下端的出料口相连，注射壳体8-8的进料口与搅拌壳体6-3下端的出料口上的连接软管设置有泵11，注射壳体8-8下端出料口位于石英管9上端进料口的正上方。

[0029] 所述锁紧环8-7包括套管，套管侧壁开有螺纹孔，螺栓与套管侧壁的螺纹孔配合对注射壳体8-8进行锁紧。

[0030] 所述石英管9包括：上端盖9-1、产物接受器9-3和壳体9-5，所述壳体9-5通过安装架与竖式管式加热炉10相连，壳体9-5上下两端分别插装有上端盖9-1和下端盖9-6，上端盖9-1上设置有进料口，下端盖9-6上设置有进气孔9-4，壳体9-5内壁设置有挡片，挡片上设置有产物接受器9-3，延伸至竖式管式加热炉10的壳体9-5上设置有出气孔9-2。

[0031] 所述产物接受器9-3为金属收纳篮。

[0032] 所述连接软管上设置有阀门。

[0033] 工作过程：

[0034] A、原料混合：将液体葡萄糖溶液、吡啶溶液、油浆、沥青放置于液体碳源存储器1中，将制备碳球所需固体原料如造孔剂、石墨、炭黑等放置于固体粉末存储器3中，打开液体碳源存储器1和固体粉末存储器3下方的阀门，液体及固体原料通过连接软管进入搅拌壳体6-3中；

[0035] B、超声搅拌：进料完成后，关闭液体碳源存储器1和固体粉末存储器3下方的阀门，开启搅拌器6-1和超声发生装置6-2，使固液混合均匀，避免分层现象，开启注射壳体8-8的进料口与搅拌壳体6-3下端的出料口上的连接软管上的阀门，固液混合后的产物通过连接软管在泵11的作用下进入注射壳体8-8内；

[0036] C、微量注射：关闭开启注射壳体8-8的进料口与搅拌壳体6-3下端的出料口上的连接软管上的阀门，通过控制动力电机的旋转，进而控制移动板8-2移动，移动板8-2带动推杆8-6上的活塞移动，实现对注射壳体8-8内的混合物推出，进入石英管9内；

[0037] D、高温碳化：将惰性气体通过进气孔9-4注入到壳体9-5中，将竖式管式加热炉10进行加热，达到预设温度后，按照所需注射速率，使固液混合物通过注射壳体8-8逐滴注入到壳体9-5中，保温一段时间后，停止加热，待竖式管式加热炉10冷却至室温后，停止通入惰性气体，在产物接受器9-3处得到碳球，将端盖9-1取下取出碳球。

[0038] 液态碳源在落入恒温区内的石英管9后会迅速汽化并在热的作用下发生热聚合反应产生聚合物，聚合物的浓度在短时间内快速升高并在其达到饱和蒸气压后开始凝聚产生液态的小液滴核心。小液滴表面已排列好的聚化合物在热的作用下会继续发生热聚合反应从而生成更大平面度和更高分子量的聚合物，小液滴核心在此过程中逐渐长大并形成炭微球，在表面生长的过程中，初始炭颗粒在热运动下不断发生碰撞，因此最终的产物通常会具有球形团聚体的形貌。

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