CN102824811B - 实验室纳米材料气体焚化吸收设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，包括从纳米实验舱收集含有纳米材料气体的集气输入口传输到溶离舱与另一路输入的压缩空气在浮动球搅拌下混合稀释传输到超高温炉腔内的焚化弯管通道里，纳米材料气体被高温燃烧焚化后可以灰化消解全部或大部分的纳米材料，焚化之后即使还有剩余有害物质的气体进入到吸收胶舱与在胶体泵带动被预先加热的凝胶液体进行液气逆向交换，抽气泵带动变成干净的气体透过干燥栅安全排出，交换下来的有害物质会被凝胶吸附到凝胶池积累储存再冷凝回收处理，本发明的有益效果是解决了实验室纳米材料废气吸附处理的技术难题，提供了一种安全方便、快速有效、彻底干净吸附处理实验室纳米材料气体的专用设备。

Description

实验室纳米材料气体焚化吸收设备

技术领域

本发明提供一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备。

背景技术

近年来纳米材料科学研究和应用得到蓬勃发展，与此同时关于纳米材料可能带来的生物和环境安全性方面的研究也受到日益重视科学研究已经证明纳米材料在大气中蔓延会对人类健康、气候环境造成严重的危害，尤其是在科学研究初期阶段为了研发和检测纳米材料需要进行纳米材料气体状态的模拟和试验其产生的纳米材料气体没有很好的办法进行吸附处理，目前大多采用高效过滤器吸附后排出，普通高效过滤器目前只能吸附气体内0.3微米以及更大粒径的颗粒物，而纳米材料颗粒物的粒径大多在0.1纳米－100纳米范围内大部分狗可以穿透高效过滤器还会造成污染和伤害，而且吸附处理后的高效过滤器容器不好处理销毁还会找成二次污染，用普通的粉尘气体吸附处理装置也无法适应纳米材料气体特殊性，所以大多数实验室在进行纳米材料气体实验过程中采用高效过滤器组过滤直接排放到大气中，对试验人员和环境造成污染和伤害，个别特殊制作的纳米级高效过滤器即使可以吸附纳米颗粒但是造价高、随时间推移过滤效率急剧下降而经常更换、后期不好处理以及气流阻力大等等不利因素造成无法普及使用所以目前对于实验室纳米材料气体回收和吸附处理成为当前一大技术难题，开发一种能够安全方便、快速有效、彻底干净吸附处理实验室纳米材料气体的专用设备成为当前紧迫的需要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，包括从纳米实验舱收集含有纳米材料气体的集气输入口传输到溶离舱与另一路输入的压缩空气在浮动球搅拌下混合稀释传输到超超高温炉腔内的焚化弯管通道里，纳米材料气体被高温燃烧焚化后可以灰化消解全部或大部分的纳米材料，焚化之后即使还有剩余有害物质的气体进入到吸收胶舱与在胶体泵带动被预先加热的凝胶液体进行液气逆向交换，抽气泵带动变成干净的气体透过干燥栅安全排出，交换下来的有害物质会被凝胶吸附到凝胶池积累储存再冷凝回收处理，解决了实验室纳米材料废气吸附处理的技术难题，提供了一种安全方便、快速有效、彻底干净吸附处理实验室纳米材料气体的专用设备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是我们利用在科学研究和实验中发现纳米材料由于体积小表面积大，在高温环境下易于燃烧焚化大多变为二氧化碳和水分以及灰化物质会失去原有形态和理化性质变为无害化气体或轻微有害的灰尘气体，这种气体很容易和凝胶液体进行吸附交换，而交换后的含有微量杂质的凝胶液体会在常温状态下凝固，如果再进行一些化学添加剂处理凝胶会变成为固体就可以达到完成无害化处理的结果，根据这个原理本发明提供一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，包括在一个内部装有纳米材料扩散用的纳米气雾器和实验测量用的实验仪器的蛋圆形纳米实验舱，上部开有进气口，下部有一个集气输入口将纳米材料气体收集传输到溶离舱与压缩气源和流量调节器传送过来的压缩空气汇合并在浮动球搅拌下混合均匀向上传输到溶离出气口进入外面包有炉腔隔热套的超高温炉腔内的焚化弯管，气体顺着焚化弯管内曲折流动接受高温燃烧焚化后进入到吸收胶舱内的热扩散气口向上扩散，吸收胶舱下部有一个胶体泵通过吸液管抽吸液体凝胶到达胶体雾化器喷淋到上加热栅栏分散加热后浸入交换栅向下流动与从热扩散气口散发向上的焚化后气体进行液气逆向交换，气体中含有的挥发性物质、颗粒状物质以及其他有害物质会被具有粘附性极强的的凝胶吸附流到最下边凝胶池底部而干净的气体继续向上，穿过整体交换栅后变成干净气体在抽气泵的带动下透过具有过滤吸附液体功能的干燥栅向上无害化安全排出，流入到凝胶池底部的含有杂质的凝胶会被积累储存到一定量时冷凝回收处理，由于整体被包裹在胶舱隔热套中保温同时内部还有下加热栅栏和上加热栅栏加热，整个舱体内部温度可以很高，足以使吸收胶舱内部的凝胶在胶体泵和交换栅之间流动性很强，在胶体泵带动下循环往复多次重复完成交换吸附工作达到彻底净化气体的功能。

本发明的有益效果是开发了一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，可以在纳米材料的科学研究中对于实验室纳米材料气体利用封闭条件下高温焚化加凝胶液体逆向交换回收和吸附处理的方法，解决了当前实验室纳米材料科研过程中废气吸附处理的一大技术难题，提供了一种能够安全方便、快速有效、彻底干净吸附处理实验室纳米材料气体的专用设备，满足了当前科学研究领域对于实验室内产生的纳米材料废气进行无害化处理后安全排放要求的紧迫需要，可以在实验室纳米材料科学研究中得到广泛应用。

附图说明

附图为本发明设备一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备的结构示意图

图中

1、抽气泵           2、泵管隔热套        3、胶体雾化器         4、上加热栅栏       

 5、交换栅           6、热扩散气口        7、胶体泵             8、下加热栅栏        

9、带扣锁连接口    10、凝胶池            11、升降架           12、吸液管      

13、加温器        14、导热垫         15、炉腔隔热套     16、隔离栅          

 17、流量调节器    18、压缩气源        19、浮动球            20、溶离舱           

21、溶离出气口     22、集气输入口       23、实验仪器      24、纳米气雾器

25、进气口            26、纳米实验舱       27、超高温炉腔      28、焚化弯管      

29、吸收胶舱          30、胶舱隔热套       31、干燥栅

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备结构加以说明。

如附图所示，本发明提供一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，其中：该设备包括一个内部装有纳米材料扩散用的纳米气雾器24和实验测量用的实验仪器23的蛋圆形纳米实验舱26，上部开有进气口25，下部有一个集气输入口22将纳米材料气体收集传输到溶离舱20，溶离腔20是一个长筒形的密闭腔室，下部有一个压缩气源18通过流量调节器17连接进气的进气管口，可以调节输入的空气气体流量向上透过可透气的隔离栅16与从纳米实验舱26底部的集气输入口22传输过来的纳米材料气体汇合向上流动，隔离栅16上存有许许多多浮动球19，在气体流动下带动这些具有一定比重的许许多多浮动球19上下翻飞浮动，由于浮动球19设计的体积大小、比重和重力作用刚好达到不能飞起太高，即可以很好的在空中翻飞搅拌均匀纳米材料和空气气流起到稀释纳米材料在空气中的浓度的作用又不能让浮动球19从安装在最高处上边的溶离出气口21飞出，只能让被充分稀释好的纳米材料气体从溶离出气口21输送到外面包有炉腔隔热套15的超高温炉腔27内的焚化弯管28内，焚化弯管28是一个由耐高温石英材料做成的通气用的空心弯管，加工成来回折弯的结构安放在一个超高温炉腔27内被加热到800摄氏度到1800摄氏度内的高温环境内，可以让内部通过的纳米材料气体充分被高温燃烧灰化分解达到焚化消解的目的，由于石英弯管可以耐受的温度高于1800摄氏度所以在高温环境中不会损坏，根据不同纳米材料的理化性质确定在此范围内的焚化温度加上适当的折弯长度的路径即可达到纳米材料在通过焚化弯管28时被充分燃烧焚化使其原有的形态和理化性质变为无害的气体和水份排放到吸收胶舱29内的热扩散气口6向上扩散，吸收胶舱29为一个密封不透气的长筒形罐体，制作成内壁光滑耐腐蚀金属材料制作成的不易沾染凝胶液体外壁全部包裹一层胶舱隔热套30不易散发热量保持舱内温度，下边开口可以和凝胶池10通过代扣锁连接口9连接密封，罐体下部有一个与管路完全被泵管隔热套2包裹好连接的胶体泵7通过吸液管12浸入到凝胶池10内的加热后的凝胶液体内部抽吸液体凝胶到达胶体雾化器3喷淋到上加热栅栏4分散加热后浸入到有许多多面空心球组成的交换栅5向下和从热扩散气口6散发向上的焚化后气体进行液气逆向交换，由于多面空心球表面积很大增加了液气交换效率，气体中含有的挥发性物质、颗粒状物质以及其他有害物质会被具有粘附性的凝胶吸附流到最下边凝胶池10底部而干净的气体继续向上，穿过整体交换栅5经过吸附处理后的干净气体在抽气泵1的带动下透过具有过滤液体功能的干燥栅31向上无害化安全排出，流入到凝胶池10底部的含有杂质的凝胶会被积累储存到一定量时冷凝回收处理，凝胶池10是一个通过带扣锁连接口9密封连接到吸收胶舱29下边的内壁光滑耐腐蚀金属材料制作成的半圆形容器，内部盛满具有吸收纳米材料功能的凝胶液体，其下表面通过导热垫14紧密靠接到加温器13上边，在工作时可以加热凝胶保证凝胶流动，当不工作时停止加温凝胶就会凝固在凝胶池10内，一个可以上下移动的升降架11带动凝胶池10向下脱开吸收胶舱29以便于清理出含有纳米材料的废弃凝胶，进行无害化处理，换好新鲜凝胶液后再带动整个凝胶池10向上再连接到吸收胶舱29下口的带扣锁链接口9上密封锁好，由于整体被包裹在胶舱隔热套30中保温同时内部还有下加热栅栏8和上加热栅栏4加热，整个舱体内部温度可以很高足以使吸收胶舱29内部的凝胶在胶体泵7和交换栅5之间流动性很强，在胶体泵7带动下循环往复多次重复完成交互吸附工作达到彻底净化功能。

实施例：

使用本发明一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备进行处置前应该首先了解实验中使用的纳米材料物理化学性质以便于采用何种温度，在凝胶池10内加入合适的凝胶吸附液，提前检查连接好各个管路使之密封，开始操作时先打开超高温炉腔27和凝胶池10下边的加温器13电源经过一段时间预先加热使得焚化弯管28达到所需要的高温环境并且凝胶池10内的凝胶吸附液流动性达到要求，此时可以开动吸收胶舱29上的上加热栅栏4、下加热栅栏8、胶体泵7电源让凝胶吸附液体在吸收胶舱29内喷淋流动循环，开启压缩气源18并根据所需要稀释纳米气体浓度要求调节好压缩空气进气流量调节器17，开始进行纳米材料气体实验，当纳米材料气体源源不断从纳米气雾器24雾化出来弥散在蛋圆形的纳米实验舱26内时用实验仪器23进行科学研究测量工作，多余和用过的纳米材料气体会从纳米实验舱26底部的集气输入口22汇集输入到溶离舱20内和传输过来的压缩气体汇合向上流动，隔离栅16上存有许许多多浮动球19，在气体流动下带动这些具有一定比重的许许多多浮动球19上下翻飞浮动，由于浮动球19设计的体积大小、比重和重力作用刚好达到不能飞起太高，即可以很好的在空中翻飞搅拌均匀纳米材料和空气气流起到稀释纳米材料在空气中的浓度的作用又不能让浮动球19从安装在最高处上边的溶离出气口21飞出，只能让被充分稀释好的纳米材料气体从溶离出气口21输送到超高温炉腔27内的焚化弯管28内，焚化弯管28是一个由耐高温石英材料做成的通气用的空心弯管，加工成来回折弯的结构安放在一个超高温炉腔27内被加热到800摄氏度到1800摄氏度内的高温环境内，可以让内部通过的纳米材料气体充分被高温燃烧灰化分解达到焚化消解的目的，由于石英弯管可以耐受的温度高于1800摄氏度所以在高温环境中不会损坏，根据不同纳米材料的理化性质确定在此范围内的焚化温度加上适当的折弯长度的路径即可达到纳米材料在通过焚化弯管28时被充分燃烧焚化使其原有的形态和理化性质变为无害的气体和水份排放到吸收胶舱29内的热扩散气口6向上扩散，吸收胶舱29舱体下部有一个胶体泵7通过吸液管12浸入到凝胶池10内的加热后的凝胶液体内部抽吸液体凝胶到达胶体雾化器3喷淋到上加热栅栏4分散加热后浸入到有许多多面空心球组成的交换栅5向下和从热扩散气口6散发向上的焚化后气体进行液气逆向交换，气体中含有的挥发性物质、颗粒状物质以及其他有害物质会被具有粘附性的凝胶吸附流到最下边凝胶池10底部而干净的气体继续向上，穿过整体交换栅5经过吸附处理后的干净气体在抽气泵1的带动下透过具有过滤液体功能的干燥栅31向上无害化安全排出到大气之中，当不需要进行纳米材料气体焚化吸收处理时应该先关闭纳米气雾器24、压缩气源18、胶体泵7和抽气泵1，然后关闭加温器13、下加热栅栏8和上加热栅栏4的电源，让整个系统内的凝胶渐渐冷却下来，流入到凝胶池10底部凝固时后，打开带扣锁链接口9同时向下移动开升降架11带动凝胶池10向下脱开吸收胶舱29后清理干净含有纳米材料的废弃凝胶，进行无害化处理，然后换好新鲜凝胶液后再带动整个凝胶池10向上再连接到吸收胶舱29下口的带扣锁链接口9上密封锁好以便于下一次再次进行纳米材料气体焚化吸收工作。

Claims (1)

1.一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，其特征是：该设备包括在一个内部装有纳米材料扩散用的纳米气雾器（24）和实验测量用的实验仪器（23）的蛋圆形纳米实验舱（26），上部开有进气口（25），下部有一个集气输入口（22）将纳米材料气体收集传输到溶离舱（20），与压缩气源（18）和流量调节器（17）传送过来的压缩空气在浮动球（19）搅拌下混合均匀向上传输到溶离出气口（21），进入外面包有炉腔隔热套（15）的超高温炉腔（27）内的焚化弯管（28），气体顺着焚化弯管（28）内曲折流动接受高温燃烧焚化后进入到吸收胶舱（29）内的热扩散气口（6）向上扩散，吸收胶舱（29）下部有一个胶体泵（7），通过吸液管（12）抽吸液体凝胶到达胶体雾化器（3）喷淋到上加热栅栏（4）分散加热后浸入交换栅（5）向下流动，与从热扩散气口（6）散发向上的焚化后气体进行液气逆向交换，气体中含有的挥发性物质、颗粒状物质以及其他有害物质会被具有粘附性极强的的凝胶吸附流到最下边凝胶池（10）底部而干净的气体继续向上，穿过整体交换栅（5）后变成干净气体在抽气泵（1）的带动下透过具有过滤吸附液体功能的干燥栅（31）向上排出，流入到凝胶池（10）底部的含有杂质的凝胶会被积累储存到一定量时冷凝回收处理，由于整体被包裹在胶舱隔热套（30）中保温同时内部还有下加热栅栏（8）和上加热栅栏（4）加热，整个舱体内部温度可以很高足以使吸收胶舱（29）内部的凝胶在胶体泵（7）和交换栅（5）之间流动性很强，在胶体泵（7）带动下循环往复多次重复完成交换吸附工作。

2．根据权利要求1所述的一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，其特征是：所述焚化弯管（28）是一个由耐高温石英材料做成的通气用的空心弯管，加工成来回折弯的结构，安放在一个超高温炉腔（27）内，被加热到800摄氏度到1800摄氏度，外面有炉腔隔热套（15）保温，可以让内部通过的纳米材料气体充分被高温燃烧灰化分解达到焚化消解的目的，由于石英弯管可以耐受的温度高于1800摄氏度所以在高温环境中不会损坏，根据不同纳米材料的理化性质确定在此范围内的焚化温度，加上适当的折弯长度的路径即可达到纳米材料在通过焚化弯管（28）时被充分燃烧焚化，使其原有的形态和理化性质变为无害的气体和水分排放到热扩散气口（6）进行下一步吸附处理。

3．根据权利要求1所述的一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，其特征是：所述溶离腔（20）是一个长筒形的密闭腔室，下部有一个压缩气源（18）通过流量调节器（17）连接进气的进气管口，可以调节流量的空气气体向上透过可透气的隔离栅（16）与从纳米实验舱（26）底部的集气输入口（22）传输过来的纳米材料气体汇合向上流动，隔离栅（16）上存有多个浮动球（19），气体流动带动这些具有一定比重的多个浮动球（19）上下翻飞浮动，由于浮动球（19）的体积大小、比重和重力作用设计得刚好达到不能飞起太高，即可以很好的在空中翻飞搅拌均匀纳米材料和空气气流，起到稀释纳米材料在空气中的浓度的作用，又不能让浮动球（19）从安装在最上边的溶离出气口（21）飞出，只能将被充分稀释好的纳米材料气体从溶离出气口（21）输送到超高温炉腔（27）内的焚化弯管（28）进行焚化处理。

4．根据权利要求1所述的一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，其特征是：所述吸收胶舱（29）为一个密封不透气的长筒形罐体，其内壁光滑由耐腐蚀金属材料制成，不易沾染凝胶液体，外壁全部包裹一层胶舱隔热套（30）不易散发热量而保持舱内温度，下边开口可以和凝胶池(10)通过带扣锁连接口（9）连接密封，罐体下部与一个胶体泵（7）连接，胶体泵（7）的管路完全被泵管隔热套（2）包裹，胶体泵（7）通过吸液管（12）浸入到凝胶池（10）内的加热后的凝胶液体内部，然后抽吸液体凝胶到达胶体雾化器（3）喷淋到上加热栅栏（4），分散加热后浸入到由多面空心球组成的交换栅（5）向下流动和从热扩散气口（6）散发向上的焚化后气体进行液气逆向交换，多面空心球的表面积很大增加了液气交换效率。

5．根据权利要求1所述的一种实验室纳米材料气体焚化吸收设备，其特征是：凝胶池（10）是一个由带扣锁连接口（9）密封连接到吸收胶舱（29）下边的半圆形容器，其内壁光滑由耐腐蚀金属材料制成，内部盛满具有吸收纳米材料功能的凝胶液体，其下表面通过导热垫（14）紧密靠接到加温器（13）上边，在工作时可以加热凝胶保证凝胶流动，当不工作时停止加温凝胶就会凝固在凝胶池（10）内，一个可以上下移动的升降架（11）带动凝胶池（10）向下脱开吸收胶舱（29）以便于清理出含有纳米材料的废弃凝胶，换好新鲜凝胶液后再带动整个凝胶池（10）向上连接到吸收胶舱（29）下边，由带扣锁连接口（9）密封锁好。