CN100436313C - 碳簇的燃烧合成装置 - Google Patents

Abstract

碳簇的燃烧合成装置，涉及一种制备富勒烯的装置。提供一种成本低廉、操作方便、燃烧连续稳定和体积小的碳簇的燃烧合成装置。设有密封壳体、燃料气体供应机构、燃烧头、燃烧腔体、碳灰收集腔体、真空泵、2个过滤器、水冷系统、气压测试与显示装置和通气阀。燃烧头接流量计和氧气供气管；燃烧腔体下端接燃烧头；碳灰收集腔体与燃烧腔体连通；真空泵与密封壳体相接；1个过滤器接碳灰收集腔体，另1个过滤器接真空泵；水冷系统的燃烧头水冷机构设于燃烧头的外围，燃烧生成气体水冷机构设于过滤器与真空泵之间；气压测试与显示装置设于密封壳体与真空泵之间；通气阀的两端口分别通过管道与真空泵进气口和密封壳体连接，通气阀的另一端口与大气连通。

Description

碳簇的燃烧合成装置

技术领域

本发明涉及一种制备富勒烯的装置，尤其是涉及一种采用有机液体燃料苯与氧气燃烧法制备C₆₀、C₇₀及燃烧过程中生成的碳氢化合物甚至通过向装置中引入氯元素的方法来稳定燃烧过程中形成的中间产物，形成相对比较稳定的中间体氯化产物，起到稳定燃烧法制备富勒烯过程中的中间产物的作用。

背景技术

自从1985年富勒烯C₆₀被发现以来，富勒烯便引起了科学界的广泛关注和兴趣。全世界各地的科学家在富勒烯的合成方法和潜在应用方面进行了广泛的研究，同时理论研究方面也越来越深入，为实验研究提供了必要的理论指导，使它迅速成为化学界的一个蓬勃发展的领域。对于富勒烯的合成方法，自从C₆₀被发现以来，人们对其探索从来没有停止过，富勒烯的合成方法主要包括激光蒸发石墨法、高频电阻炉加热蒸发石墨法、石墨电弧放电法、太阳能加热石墨法、萘热裂解法、微波合成法和辉光放电法等，以及有机物燃料不完全燃烧方法，这些方法为富勒烯的合成提供了诸多选择，也为我们研究富勒烯的形成开辟了道路。

1987年，人们在火焰中第一次发现了离子态的富勒烯，后来Howard等(J.Phys.Chem1992，96，6657)在一定的真空条件和氩气参与下通过苯氧预混火焰方法中也发现了C₆₀和C₇₀的存在，通过改变燃烧条件诸如燃烧温度、真空度、C/O原子比例和燃料气体的流速等条件对富勒烯C₆₀/C₇₀的比例和产率进行了系统研究，Howard等的研究带动了燃烧法制备富勒烯的大量研究，人们就不同种类的有机燃料对富勒烯的生成也有一定的研究，表明其它的燃料如甲苯、乙炔、丁二烯和萘等都能作燃料生成富勒烯，但是在这些有机物作为燃料生成富勒烯的产率都没有苯高。另外这些有机物和卤化物一起燃烧时富勒烯的产量有一定的提高。

在富勒烯的燃烧法形成机理和反应途径方面，科学工作者也做出了很多工作，提出了很多反应机理，这些机理包括逐步将C₂H₂等小分子加到较大的芳香化合物上，通过脱去氢引起芳香化合物分子平面发生弯曲，从而形成笼状富勒烯，或者由大的芳香分子共聚并通过去掉氢形成富勒烯以及通过一个或两个大的碳簇分子的象拉链一样从边缘合并，然后再通过分子重组形成富勒烯等。但是到目前还没有一种机理得到彻底的证实，但是尽管如此，通过碳氢化合物的不完全火焰燃烧方法在近些年还是具有独特的兴趣，它已经被认为是具有进行富勒烯商业化生产的一种可行的方法。事实上国外在富勒烯的燃烧法生产已经达到了应用阶段，NANO-C公司和Frontier Cabon Corporation已经用燃烧方法进行大规模的工业生产。

与石墨电弧放电形成富勒烯相比，碳氢化合物燃烧法制备富勒烯具有它独特的优势，这些优势主要体现在以下几个方面：

1.Howard通过研究指出，首先，通过火焰燃烧的方法可以生产出的C₇₀/C₆₀比例可以在0.26～5.7范围内的产品，而电弧法生成富勒烯C₇₀/C₆₀的可控制范围仅为0.02～0.18，这就说明，燃烧法合成富勒烯中，C₆₀和C₇₀在产物中的含量可调控范围更大，更合适制备价格更贵的C₇₀，而且该法制备出如C₇₆，C₈₄等更大富勒烯的产量也比较多。

2.原材料更便宜，有机物燃料比用于蒸发的高纯石墨代价更低，石墨电弧法需要大量的能量输入，而有机物燃料为高能物质，它们与氧气的燃烧反应是放热反应。

3.燃烧法有利于大规模的连续生产，石墨法由于受限棒的直径难以连续进行；其次，由于有氧气和氢元素的存在，该法更有希望得到一些非纯碳的物种；另外，在燃烧法制备富勒烯时，不可避免的要有多环芳烃的生成，因此对于这些含碳氢的化合物的研究将不仅具有环境意义，而且还可能对富勒烯的形成途径提供重要的试验依据。

气体的燃烧包括预混燃烧和扩散燃烧两种方式，前者是最基本的燃烧方式，燃料气体和氧气在进行燃烧反应之前就已经混合均匀，扩散燃烧是燃料气和氧气在燃烧头部分通过相互扩散混合进行燃烧。目前的燃烧法制备富勒烯主要是通过燃料气体和氧气预混燃烧进行的，燃烧装置一般是由不锈钢材料制作，装置的设计比较复杂，设有多孔的燃烧盘，多个观察窗等，显得比较复杂，此外预混燃烧对操作条件要求比较精确，而且在真空条件下点火也很有讲究，否则可能存在安全问题，所以扩散燃烧是比较有前景的燃烧方式，因为这种燃烧方式克服了预混燃烧可能存在爆炸的危险，能够安全地进行合成。已有的扩散燃烧装置也比较复杂，不利于实验室进行研究型制备，而且经费的投入也非常大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有采用燃烧法制备富勒烯的设备所存在的成本较高、使用不便、燃烧不稳定和体积较大等缺点，提供一种成本低廉、操作方便、燃烧连续稳定和体积小的碳簇的燃烧合成装置。

本发明设有：

密封壳体。

燃料气体供应机构，燃料气体供应机构用于提供燃烧反应的原料苯蒸汽，燃料气体供应机构设有盛苯容器、电热套、流量计和烘箱，盛苯容器用于盛放液体苯；电热套用于对苯进行加热，以补偿由于苯蒸发过程中由于吸热引起的温度降低，保证苯能够源源不断地以稳定的流速供应苯蒸汽；流量计用于调节和显示苯蒸汽的流速；烘箱用于对苯进行恒温，保证盛苯容器和流量计的恒温，防止盛苯容器和流量计内外温度差造成苯凝结为液体所导致的管路不畅通，电热套设于盛苯容器的底部，流量计的输入端接盛苯容器出口，盛苯容器、电热套和流量计设于烘箱内。

燃烧头，燃烧头用于气态苯和氧气的燃烧，燃烧头分别接流量计输出端和氧气供气管。

燃烧腔体，燃烧腔体用于进行燃烧，燃烧腔体下端与燃烧头连接。

碳灰收集腔体，碳灰收集腔体用于收集碳灰，碳灰收集腔体与燃烧腔体上部相连通。

真空泵，真空泵用于对密封壳体内抽真空，真空泵通过接口与密封壳体相连接。

2个过滤器，2个过滤器用于过滤和收集碳灰，并且防止过多的碳灰进入真空泵，1个过滤器与碳灰收集腔体出口连接，另1个过滤器与真空泵进气口连接。

水冷系统，水冷系统包括燃烧头水冷机构和燃烧生成气体水冷机构，燃烧头水冷机构用于对燃烧头的冷却，燃烧生成气体水冷机构用于对燃烧生成气体的冷却，以避免较高温度的气体进入真空泵，燃烧头水冷机构设于燃烧头的外围，燃烧生成气体水冷机构设于过滤器与真空泵之间。

气压测试与显示装置，气压测试与显示装置用于检测和显示燃烧过程中密封壳体内的真空度，气压测试与显示装置设于密封壳体与真空泵之间。

通气阀，通气阀用于调节通气的量，保证密封壳体的真空度，通气阀的两端口分别通过管道与真空泵进气口和密封壳体连接，通气阀的另一端口与大气连通。

气压测试与显示装置可采用水银压力计，水银压力计设有两端开口的U形管，管中装有水银，水银柱的高度大于760mm，水银柱上端用泵油做油封。由于在高真空条件下，传统的水封会由于水的蒸发有气泡冒出，读数不稳，而且会使水进入真空泵，泵油蒸气压比较小，在这里比较合适。

与现有的燃烧法制备富勒烯装置相比，本发明的突出优点在于：

1)制造成本十分低廉；

2)燃烧腔体由玻璃材质构成，对于观察燃烧进行的情况十分方便；

3)由于本发明的真空度的保持能力很好，因此可在动态真空20 Torr以下连续稳定燃烧；

4)与诸多的燃烧法富勒烯制备装置相比，本发明体积小、质量轻，操作十分方便；

5)本发明主要为玻璃材质，可以用于苯氧的燃烧，也可以用于即将进行的掺氯气燃烧，解决了以前制备氯化富勒烯的不锈钢装置所普遍存在的腐蚀性问题，可以用掺氯来捕获燃烧生成富勒烯的一些可能的中间产物。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的燃烧头部分的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1和2，本发明设有密封壳体、燃料气体供应机构、燃烧头、燃烧腔体、碳灰收集腔体、过滤器、真空泵、水冷系统、气压测试与显示装置和通气阀。

燃料气体供应机构设有盛苯容器1、电热套2、流量计4和烘箱3，盛苯容器1、电热套2和流量计4设于烘箱3内。流量计4的输出端通过苯蒸汽管道5和乙炔进气管道7接燃烧头8，燃烧头8另与氧气供气管6连接。燃烧腔体9下端与燃烧头8连接。碳灰收集腔体11通过玻璃连接管10与燃烧腔体9的上部相连通。1个过滤器12与碳灰收集腔体11的出口连接，另1个过滤器14与真空泵17的进气口连接。2个过滤器用于过滤和收集碳灰，并且防止过多的碳灰进入真空泵17。真空泵17用于对密封壳体内抽真空，真空泵17通过接口与密封壳体相连接。燃烧头水冷机构通过冷却水管道18与19接燃烧头8，燃烧生成气体水冷机构通过冷却水管道20和21与气体冷却室13连接。水银压力计15设于密封壳体与真空泵17之间。通气阀16用于调节通气的量，保证密封壳体的真空度，通气阀的两端口分别通过管道与真空泵进气口和密封壳体连接，通气阀的另一端口与大气连通。

本发明的燃料气的供应机构采用燃料苯以气体的形式进入燃烧头进行反应。由于苯在常温常压下是液态，要进入燃烧头必须蒸发成为蒸汽，以气体形式与氧气进行燃烧，而国外是将装苯的金属罐加热至沸点，使之蒸发，由于金属材料导热散热效果好，在蒸汽通道会冷却凝结为液态，这样会影响苯的稳定供应，在管路中存在的液态苯会影响流量稳定供应和气路的畅通，他们采用了整个管道控制加热的办法。对于实验室合成就显得过于繁琐，操作起来比较麻烦。参见图1，本发明采用对盛苯容器1和流量计4放入45℃的烘箱3中，对其保持恒温，并充分利用反应体系的真空，不需要对苯加热至沸腾，使之在稍微高出常温的温度和低压下蒸发，就能达到燃料气的供应，并利用电热套2对盛苯容器1进行微热，以补偿苯蒸发吸热造成的温度降低，就可以进行长时间的连续燃烧。由于烘箱3内温度只有45℃，而且盛苯容器1和流量计4内外都是相同的温度，苯蒸汽不容易在这里凝结，苯蒸汽的通道5采用厚壁橡皮管。由于绝缘性能较好，能克服管内外的温差造成的液化现象，不用对管道进行特殊的恒温，从而保证苯蒸汽的稳定供应。事实证明，这样提供苯蒸汽可以保证15h以上的连续稳定燃烧，而不会轻易中断。蒸发出来的苯蒸汽通过苯蒸汽管道5进入燃烧头8，进行燃烧反应，在苯蒸汽管道5上，通过三通管引入另一根乙炔气体管道7，作为点燃用，在使用方法中有说明，燃烧所用的氧气就可以直接通过钢瓶提供，通过流量调节后从氧气供气管6进入燃烧头8，需要使用氯气时可以将氯气通过氧气供气管6进入，或者通过三通将氯气和氧气混合从氧气供气管6进入燃烧头8。

燃烧腔体9可采用两端开口的4L玻璃盛苯容器，以便为火焰提供15cm的退火空间，燃烧腔体也是碳灰沉积的主要场所，燃烧腔体上下两端分别连接燃烧头8和碳灰收集腔体11(大小为500mL，后端开口，可放入过滤网)，通过弯曲90°的玻璃连接管10将燃烧腔体9和碳灰收集腔体11连接，接口为磨口，能充分保证整个气路的气密性。由于腔体体积较大，可随时向外散热，不需要进行特别冷却，燃烧腔体9和碳灰收集腔体11的内外壁温度并不会太高，能够经受连续燃烧而不会被烧破。而且燃烧腔体9壁上保持一定的温度可以用来使一部分升华温度较低的多环芳烃组分在这里被除去，对烟灰样品的分离有一部分贡献。

由于燃烧反应气路始终处于动态状况，真空泵需要连续的抽气才能保证反应所需的真空度，燃烧生成的气体和一些碳灰的颗粒需要经过过滤，否则会有很多碳灰被抽进真空泵内，影响泵体内泵油质量。另外燃烧所得烟灰的产量也会大受影响。工业上生产富勒烯是利用脉冲喷气的方式来解决，但是这样的方法对制备工作同样不适用，因为这样的装置比较复杂，而且需要更大抽气量的泵。本发明采用在碳灰收集腔体11后端装上多层过滤器12和14，基本上能保证绝大部分的碳灰被过滤下来。除了收集碳灰，碳灰收集腔体11的设计还有另外一个方面的考虑，由于碳灰收集腔体离燃烧头更远，碳灰收集腔体11与燃烧腔体9内的温度不同，可能两个腔体收集到的碳灰中不同成分的含量会有所不同。

参见图2，燃烧头8是本发明的一个非常关键的部分，燃料气体主要在这里扩散和燃烧，它主要包括两路气体通道(一路为苯蒸汽管道5和乙炔进气管道7，另一路为氧气管道6)以及冷却水管道18和19。气体通道是由内外两个同心的不锈钢管道组成，内管内径0.8cm，外径1.0cm，氧气从氧气管道6进入这个管道，外管内径为1.6cm，内外管之间的环形通道则是苯蒸汽和乙炔气体的通道，苯和乙炔从苯蒸汽管道5和乙炔进气管道7经过苯蒸汽和乙炔进气口22进入，从这个通道出来的苯蒸汽将氧气包围在中间，内管长度比外管短2.5cm，给苯(乙炔)和氧气的扩散混合提供一定的空间。另外内管氧气的线速度较大，一部分苯也可以通过涡流被卷入氧气当中混合，这样混合后的气体就在燃烧头的上端进行燃烧。另外由于苯氧燃烧温度较高，最高可达2000℃，燃烧头上端会有较高的温度，所以燃烧头不能用玻璃做材质，采用不锈钢，燃烧头与燃烧腔体9的磨口接合部位会因为受温度的影响而膨胀，导致漏气甚至撑破玻璃磨口。因此对燃烧头进行冷却就显得非常重要。燃烧头与玻璃磨口接合的部分为精密加工的锥体形状，锥度及尺寸与相应的磨口塞完全一样，中空，内端与进气管焊接，外端与腔体磨口相磨合，密封效果要求很高，中间的梯形切面环绕的空间以及下面相连的柱体空间(参见图2中冷却水进水腔体23、冷却水出水腔体24和冷却水上部腔体25)为盛冷却水的腔体，为了达到最好的冷却效果，在盛水腔体内设置两个半高挡板26和27，成90°角(角度小会更好)，将进水管和出水管隔开成两个区域，即冷却水进水腔体23和冷却水出水腔体24，冷却水经冷却水管道18进入冷却水进水腔体23，必需液面达到挡板以上才能跨过挡板进入与出水管相连的冷却水出水腔体24，从而经冷却水管道19流出。即冷却水必需先充满挡板隔开的那3/4体积(即冷却水进水腔体23)才能经过冷却水上部腔体25进入另外1/4体积的冷却水出水腔体24，从而尽可能保证冷却水对冷却水上部腔体25的冷却效果。因为上部温度更高，更需要冷却。经实践证明，在燃烧过程中，接口部分的温度始终接近室温，与燃烧腔体9玻璃磨口密封效果很好，从而满足体系对真空度的需要。

水冷系统主要在两个地方，一个在燃烧头部分，如图1中的冷却水管道18和19，以及上述已说明的图2中的部分。图1中的气体冷却室13是对进入真空泵内的尾气进行冷却，冷却水从冷却水管道20进入，冷却水管道21流出，目的是降低气体温度，防止较热的气体进入泵体造成的泵体温度过高。气压测试与显示装置采用水银压力计15，用于测试反应体系内的气体压力并显示其气压值，水银压力计15为两端开口的U形管，在U形管中装有汞柱，汞柱的高度＞760mm，可以随时观测体系的真空度。通气阀16为压力调节阀，该阀通过三通与反应体系和真空泵相通，它可以调节让部分空气从通气阀16进入，从而改变真空度。本发明中的燃烧状态主要是通过通气阀16和流量计4对真空和火焰大小进行调节，保证燃烧反应稳定进行。真空泵17为机械泵，它通过接口对整个体系进行抽真空，并通过排气出口将废气排出。

以下给出本发明的使用方法。

1.准备工作：将盛放液体苯的盛苯容器、对苯加热的电热套和流量计放置在恒温45℃的烘箱中，使之恒温。调节20V的电压对电热套微热，检查装置是否漏气，打开冷却水。

2.取出燃烧头，通入乙炔气体调节气体流量30mL/min，点燃，然后打开氧气开关，调节流量30mL/min，火焰变短，也比较明亮，开动真空泵，并打开通气阀，将燃烧头塞入燃烧腔体下端的磨口，然后关闭通气阀，可以看到火焰变得很长，然后慢慢变小，几乎看不到(被燃烧头外管挡住了)。调大乙炔和氧气的流量，使火焰增大到能看到，旋开苯流量计开关，并缓慢调大流量引入苯蒸汽，缓慢调小并关掉乙炔气体，注意使火焰稳定。

3.调节苯蒸汽流量在1.5L/min，氧气流量1.5L/min，使之燃烧，此时火焰下部为白色，上部有烟生成，火焰可以持续稳定燃烧15h以上，此时体系压力应该在20Torr以下。

4.停掉苯蒸汽和氧气至火焰完全熄灭，然后打开通气阀，放进空气，然后关掉真空泵和冷却水。

5.用刷子扫下腔体壁上的碳灰，进行溶解分离检测。

以下对本发明的结果作进一步的说明。

1.燃烧条件对富勒烯碳灰的影响

与预混火焰制备富勒烯不同，扩散燃烧生成富勒烯受燃料气体和氧气的比例变化影响不是很大。在预混燃烧中，由于燃料气体和氧气在进行燃烧以前已经完全混合，C/O比例直接会决定燃烧的充分程度和燃烧的温度。而对扩散燃烧，燃料气体和氧体从不同的管道进入燃烧头，在燃烧头进行相互扩散，并进行燃烧，所以混合程度也是一个很重要的因素，不同的空间混合程度也会呈梯度变化，不同区域的燃烧温度也会变化较大，从微观上考虑，燃烧情况非常复杂，苯和氧气实际进气量不能直接反映C/O比例，不过尽管如此从本装置和分析的情况看，苯蒸汽流速1.5L/min，O₂流速1.8L/min比较理想，既能保证生成一定量的碳灰，又能保证碳灰中C₆₀、C₇₀以及其他较多物种的存在。

另外一个很重要的因素是体系的真空度，Howard等人通过预混燃烧反应的研究认为在10-100 Torr都会有C₆₀的生成，但综合考虑碳灰的产量和碳灰中C₆₀的含量，指出在40 Torr预混燃烧能保证C₆₀的最大生成量，所以工业生产富勒烯都是在40Torr进行预混燃烧。在本发明的扩散燃烧中，在较高的压力下，碳灰的产量很大，但是碳灰中从C₆₀和C₇₀的量非常小通过质谱检测不到，碳灰中可溶部分色谱和质谱的分析主要是多环芳烃。在40Torr仅有较少量的C₆₀存在，比较好的条件是在20Torr及更低的压力，这和文献的结果是相符的。在这样的条件下，碳灰的产量有了显著的降低，碳灰中多环芳烃的量减少了，C₆₀和C₇₀在碳灰中的含量有了明显的提高。这可能是由于真空度的提高更有利于苯和氧气的扩散，燃烧反应的温度有所提高，更有利于富勒烯的生成。在更高的真空度下，燃烧生成的烟灰的量有明显的减少，尽管C₆₀和C₇₀的含量有所增加。由于国外在富勒烯制备方面已经做的比较成熟，我们的工作目的并不是为了生产富勒烯，在燃烧当中发现新物种以及以后的掺氯捕获反应过程的中间体，探讨燃烧过程的机理才是我们的最终想法，所以我们没有过多探讨C₆₀和C₇₀的产率。本发明在苯蒸汽流速1.5L/min，O₂流速1.8L/min，压力为15-18Torr的条件下制备了80g的碳灰。

由于燃烧法生成的产物成分比较复杂，要想确定个组分的性质首先要通过分离，拿出单一组分才能进行结构和性质的表征，所以对样品进行分离是不了避免的，目前对富勒烯的色谱分离主要包括主色谱法和高效液相色谱，由于柱色谱对复杂组分分离效果不好，而且可能会造成不可逆吸附，因此利用高效液相色谱对燃烧法生成的富勒烯分离效果较为理想。

2.结果分析

取出部分碳灰，放入烧杯中，加入适量甲苯超声40min，使碳灰中的可溶部分尽可能溶解，放置过夜，过滤，将清液旋转蒸发浓缩进行分离分析。氯化碳簇及富勒烯的分离分析方面，本发明对燃烧法生成的碳氢化合物及富勒烯的分离分析沿用了原有的条件，仅根据情况做了部分改变。样品的高效液相色谱分析：固定相为反相C18柱，Discovery C18 Column(SUPELCO)，5μm particle size，8nm pore size，4.6×250mm；流动相为甲醇/乙醇(11∶2)，环己烷(流动相都为重蒸)。流动相分析条件见表1。

表1

实验表明，燃烧法制备的碳灰中成分比较复杂，包括富勒烯C₆₀、C₇₀以及小分子量的多环芳烃。在保留时间较短的组分主要是分子量较小的多环芳烃分子，这些小分子的分子量一般都在400以下，另外还有一些分子量较大的分子也可以通过质谱看到，由于含量非常少，在色谱上很难有峰出来，这些组分主要有分子量为610 654 678等，这些分子的分子量介于小分子和富勒烯之间，它们的存在能对燃烧当中小分子的生长方式提供一些结果，另外这些分子于富勒烯分子之间可能存在某些联系。如果能够分离出这些分子，可能对富勒烯的生成机理提供一些有意义的线索。目前，对在火焰体系中富勒烯的形成机理热门提出了很多可能的途径，但是这些途径都不能对生成机理做绝对的描述，都是一些宽泛的概念性的反应类型认为可能生成富勒烯，都还存在很多争议，但是这些机理都包括可能存在的分子之间的反应和重排，但是这些分子到底具体是什么样的，以什么样具体反应生成富勒烯，都没有明确说法，从这个意义上说，一些较大的分子量的物种的存在还是很有趣的。对于这些分子量的组分，只有拿到纯品，才能确定它们的性质和反应特性，以及是否对富勒烯生成有关。目前正在考虑进行制备性分离。

Claims (2)

1.碳簇的燃烧合成装置，其特征在于设有：

密封壳体；

燃料气体供应机构，燃料气体供应机构设有盛苯容器、电热套、流量计和烘箱，电热套设于盛苯容器的底部，流量计的输入端接盛苯容器出口，盛苯容器、电热套和流量计设于烘箱内；

燃烧头，燃烧头分别接流量计输出端和氧气供气管；

燃烧腔体，燃烧腔体下端与燃烧头连接；

碳灰收集腔体，碳灰收集腔体与燃烧腔体上部相连通；

真空泵，真空泵通过接口与密封壳体相连接；

2个过滤器，1个过滤器与碳灰收集腔体出口连接，另1个过滤器与真空泵进气口连接；

水冷系统，水冷系统包括燃烧头水冷机构和燃烧生成气体水冷机构，燃烧头水冷机构设于燃烧头的外围，燃烧生成气体水冷机构设于过滤器与真空泵之间；

气压测试与显示装置，气压测试与显示装置设于密封壳体与真空泵之间；

通气阀，通气阀的两端口分别通过管道与真空泵进气口和密封壳体连接，通气阀的另一端口与大气连通。

2.如权利要求1所述的碳簇的燃烧合成装置，其特征在于气压测试与显示装置为水银压力计，水银压力计设有两端开口的U形管，管中装有水银，水银柱的高度大于760mm，水银柱上端用泵油做油封。

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