CN112796896B - 一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法 - Google Patents

一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法，属于材料制备领域。本发明中，天然气采用进气道喷射与新鲜空气混合后注入气缸内，提前与催化剂油溶性氧化铁纳米颗粒混合好后的汽油采用缸内直喷的方式喷入气缸，两种燃料进入气缸后采用火花式点火方式点燃可燃混合气，缸内反应后，生成的碳纳米管随废气一起被排出气缸，废气通过碳纳米管捕集器可以实现碳纳米管的收集及还原生成的部分未参与催化反应的纳米铁颗粒的回收；在此工作过程中，ECU对发动机节气门、喷油器、喷气阀门、火花塞及EGR阀进行控制，使得发动机缸内的温度、当量比、反应时间满足碳纳米管的生长的最佳条件，最终实现较高纯度碳纳米管的连续大批量生产。

Description

一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法。
背景技术
目前，碳纳米管因具有良好的导电性能、力学性能、热学性能、超导性能、储氢性能及光学性能被广泛的应用于高强度材料、传感器、纳米电子学、能量储存、催化剂载体、生物医学等领域，具有十分广阔的应用前景。从1991年碳纳米管被发现到现在，国内外学者已经对碳纳米管做了大量的研究，在其制备与应用方面取得了丰富的成果。对于碳纳米管的制备，目前已经相当成熟的方法有：电弧放电法、化学气相沉积法、激光蒸发法及火焰法，前三种方法都需要额外的供给能量，使得能耗增大，成本变高，为了解决这一问题火焰法应运而生。火焰法是近二十年逐渐发展起来的碳纳米管新型制备方法，其充分的利用了碳氢燃烧所产生的碳源和热源去制备碳纳米管，无需额外提供能量，具有低能耗、低成本、高效能等优点，因此受到了众多学者的关注，然而火焰法同时也存在着杂质多，涉及危险气体及产生有害污染气体等缺点，所以其具有很大的改良与优化空间。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置及方法，实现碳纳米管高纯度、低污染、连续大批量的生产。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，包括天然气贮气瓶和汽油箱；
所述天然气贮气瓶通过管道与气缸的进气道连通，且天然气贮气瓶与进气道连接处设有喷气阀门；气缸的进气道上设有节气门；气缸的排气管上沿排气方向依次设有碳纳米管捕集器、EGR阀和尾气分析仪，且排气管在设置EGR阀处，通过管道与进气道连通；
所述汽油箱通过管道与设置在气缸上的喷油器连通，且汽油箱的管道上设有截止阀；
所述气缸顶部设有火花塞和缸压传感器；
所述喷气阀门、节气门、尾气分析仪、EGR阀、火花塞、缸压传感器均与电子控制单元信号连接，电子控制单元还接收的信号包括：排气中的氧含量、排气温度、节气门开度、发动机的转速、排气背压和发动机缸内压力。
上述技术方案中，所述碳纳米管捕集器两端分别设置若干电磁铁和过滤器，电磁铁上缠绕有电磁铁线圈，且相邻电磁铁上设置的电磁铁线圈均不相同；过滤器内部设有若干长方体状的陶瓷孔塞，且过滤器内部设置的相邻陶瓷孔塞均不相同。
上述技术方案中，所述气缸的排气管上还设有废气涡轮和三效催化转化器，废气涡轮位于尾气分析仪和EGR阀之间，所述尾气分析仪位于废气涡轮和三效催化转化器之间。
上述技术方案中，所述气缸的进气道上沿进气方向还依次设有空气滤清器、压气机和中冷器，且压气机与废气涡轮连接。
上述技术方案中，所述喷油器与汽油箱之间沿进油方向还依次设有汽油滤清器和燃油泵。
上述技术方案中，所述天然气贮气瓶与喷气阀门之间沿进气方向还依次设有天然气滤清器和压力调节器。
一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备方法，具体为：
天然气和新鲜空气混合后注入气缸内，与催化剂混合好的汽油也喷入气缸内，经过缸内反应后，废气通过碳纳米管捕集器后，部分废气通过ERG阀重新进入气缸，剩余的大部分废气通过废气涡轮和三元催化转换器后，排入大气；
所述天然气与汽油的消耗量比值为0.4-0.5，所述催化剂为7000ppm的油溶性氧化铁纳米颗粒，所述天然气中含有10％的硫化氢气体；
缸内反应过程中，发动机转速为2000r/min，缸内温度控制在1000-1200℃范围内，当量比控制在1.1-1.2范围内。
进一步，所述当量比的控制过程为：电子控制单元获取排气中的氧含量和节气门开度，对节气门、喷油器和喷气阀门进行控制，进而改变当量比。
更进一步，所述节气门的开度为10％-15％。
进一步，所述缸内温度的控制过程为：电子控制单元获取排气温度和气缸内部压力，对气缸内部的温度进行预估，通过EGR阀控制进入气缸内部的废气或者火花塞的点火提前时间或者喷油器和喷气阀门控制进气量与汽油喷射量的比值或者节气门开度或者EGR阀的开度，对缸内温度进行调节。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中，天然气采用进气道喷射与新鲜空气混合后注入气缸内，提前与催化剂油溶性氧化铁纳米颗粒混合好后的汽油采用缸内直喷的方式喷入气缸，两种燃料进入气缸后采用火花式点火方式点燃可燃混合气，经过缸内复杂的化学反应，由油溶性氧化铁纳米颗粒还原得到纳米铁颗粒所催化生成的碳纳米管随废气一起被排出气缸，废气通过碳纳米管捕集器，实现碳纳米管的收集及部分未参与催化反应的纳米铁颗粒的回收；在此工作过程中，电子控制单元对发动机节气门、喷油器、喷气阀门、火花塞及EGR阀进行控制，使得发动机缸内的温度、当量比、反应时间满足碳纳米管生长的最佳条件，最终实现较高纯度碳纳米管的连续大批量生产。本发明不仅可以实现碳纳米管高纯度、低污染、连续大批量的生产，还能起到环保节能的作用。
(2)本发明利用双燃料发动机作为燃烧器，使反应环境由原来的大气环境下变为在发动机气缸内，这样使得未完全反应的CO、HC等有毒物质能够被有效处理不会散入空气中造成环境污染，生成的碳纳米管颗粒也会在密闭环境下被收集，不会被人体吸入危害人体健康。
(3)本发明制备的碳纳米管经过碳纳米管捕集器后被其中的过滤器收集，此外生成的未参与催化反应的纳米铁颗粒也吸附碳纳米管捕集器中的电磁铁线圈上；过滤器与电磁铁线圈均可拆卸，将其放入颗粒物提取装置中，经过干燥高压空气进行反吹，实现碳纳米管及纳米铁颗粒的回收。
附图说明
图1为本发明所述采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置的结构示意图；
图2为本发明制备碳纳米管工作过程中的电子控制系统示意图；
图3(a)为本发明所述碳纳米管捕集器的内部结构示意图；
图3(b)为本发明所述碳纳米管捕集器电磁铁端侧视图；
图3(c)为本发明所述碳纳米管捕集器过滤器端侧视图；
图4为本发明所述颗粒物提取装置的结构示意图；
图中：1.天然气贮气瓶，2.天然气滤清器，3.压力调节器，4.喷气阀门，5.节气门，6.汽油箱，7.汽油滤清器，8.燃油泵，9.中冷器，10.空气滤清器，11.压气机，12.废气涡轮，13.尾气分析仪，14.三效催化转化器，15.EGR阀，16.碳纳米管捕集器，17.传感器信号，18.电子控制单元，19.缸压传感器，20.喷油器，21.气缸，22.火花塞，23.电磁铁，24.电磁铁线圈，25.陶瓷孔塞，26.过滤器，27.过滤膜，28.碳纳米管收集腔，29.干燥压缩空气。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明选择双燃料发动机制备碳纳米管的原因是：首先考虑碳纳米管的生长条件，碳纳米管生成的主要影响因素为温度、碳源与催化剂，次要因素为当量比与采样时间，此外还需要保护气体如氮气、氩气等。对于温度，控制在600-1200℃有利于碳纳米管的生成，一般温度在600-900℃范围有利于多壁碳纳米管的生成，温度在900-1200℃范围有利于单壁碳纳米管的生成；对于碳源，大量研究表明甲烷、乙烯、乙炔等小分子碳氢燃料及大分子重烃如苯、甲苯、二甲苯等都能够作为碳纳米管生长的碳源；对于碳纳米管生长所需的催化剂则种类繁多，例如铁、钴、镍，及其金属盐和金属氧化物等；对于促进剂一般选用硫，可以选用硫化氢作为促进剂；对于当量比，一般控制在1.1-1.2，有利于碳纳米管的大量生成并且保证生成的碳纳米管不被氧化；对于采样时间则根据实际情况选取，最佳采样时间能搜集到最多的碳纳米管。传统发动机的燃料一般为柴油和汽油，柴油和汽油的分解能产生各种烷烃、烯烃及苯类物质，可以满足碳源条件，发动机的气缸内部温度完全可以满足碳纳米管生长的温度条件，而且满足碳纳米管生成的温度条件时，缸内含有的大量氮气基本不会被氧化，能作为碳纳米管生成的保护气体；将催化剂研磨成微小颗粒物混入燃料，催化剂可随着燃料一起喷入到气缸中，催化碳纳米管的生成；发动机可以灵活地控制燃料的当量比和转速，去满足大批量碳纳米管生成的当量比和采样时间需求。由此可见，在满足这些要求后，随着发动机的正常运行，发动机缸内将源源不断地生成碳纳米管，碳纳米管随着废气排出，经过碳纳米管搜集装置后被捕集，因此发动机可作为批量连续生产碳纳米管的装置。然而，在满足碳纳米管生成的条件下，发动机将不可避免的生成碳烟，相关研究表明碳烟的生成会抑制碳纳米管的生成。为了抑制碳烟的生成且不改变碳纳米管的生长条件，因而需要使用一种双燃料发动机，在进气道喷射醇类及天然气等燃料有利于改善发动机缸内燃烧状况，使得碳烟生成减少，碳纳米管生成增多；同时采用进气道喷射和缸内直喷式双燃料发动机，对碳纳米管生成工况的调节更加灵活，更加利于碳纳米管的批量生产。其次传统燃烧器制备碳纳米管时，燃料在自由空间下燃烧，这样使用一些气体燃料存在安全隐患，例如生成的碳纳米管被人体吸入会降低细胞生存能力，甚至导致肺癌，此外还造成环境污染以及燃烧过程中许多能量散发到空气中造成能源浪费，而本发明在制备碳纳米管的过程中燃料在气缸内部燃烧，增强了安全系数，燃烧废气经过后处理减少了环境污染，同时在生成碳纳米管的过程中，发动机曲轴对外输出功可以用于发电进而增加燃料利用率。
图1所示一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，包括天然气贮气瓶1、天然气滤清器2、压力调节器3、汽油箱6、汽油滤清器7、燃油泵8、中冷器9、空气滤清器10、压气机11、废气涡轮12、三效催化转化器14、碳纳米管捕集器16、电子控制单元18、喷油器20和气缸21。
天然气贮气瓶1和天然气滤清器2通过管道连接，且连接管道上设有减压阀，天然气滤清器2与压力调节器3通过管道连接，压力调节器3与气缸21的进气道连通，且压力调节器3与进气道连接处设有喷气阀门4；气缸21的进气道上沿进气方向依次设有空气滤清器10、压气机11、中冷器9以及节气门5；气缸21的排气管上沿排气方向依次设有碳纳米管捕集器16、EGR阀15、废气涡轮12、尾气分析仪13和三效催化转化器14；气缸21的排气管在设置EGR阀15处，通过管道与进气道连通；压气机11与废气涡轮12通过联轴器连接；气缸21上设有喷油器20，喷油器20通过管道依次与燃油泵8、汽油滤清器7和汽油箱6连通，且汽油箱6和汽油滤清器7之间设有截止阀；气缸21顶部的火花塞22、缸压传感器19与电子控制单元(ECU)18信号连接，电子控制单元18还与喷气阀门4、节气门5、EGR阀15信号连接，电子控制单元18接收传感器信号17，控制节气门5、喷气阀门4、喷油器20、火花塞22和EGR阀15，使得发动机气缸内环境满足碳纳米管的生长条件，尽可能生成更多的碳纳米管。尾气分析仪13将检测出的CO浓度发送给电子控制单元18。
如图2所示，传感器信号17包括排气中的氧含量、排气温度、节气门开度、发动机的转速、排气背压及发动机缸内压力，排气中的氧含量通过氧传感器获取，排气温度通过温度传感器获取，节气门开度通过节气门位置传感器获取，发动机的转速通过转速传感器获取，排气背压通过背压传感器获取，发动机缸内压力通过缸压传感器19获取；氧传感器、温度传感器和背压传感器安装在碳纳米管捕集器16之前的排气道中，节气门位置传感器安装在节气门5处，转速传感器安装在发动机齿轴处；废气涡轮12与三元催化转换器14之间管道上也安装有背压传感器。
如图3(a)所示，碳纳米管捕集器16整体呈圆柱状，碳纳米管捕集器16两端分别设置若干电磁铁23和过滤器26；电磁铁23为圆柱状，电磁铁23上缠绕有电磁铁线圈24，且相邻电磁铁23上设置的电磁铁线圈24均不相同，即一个电磁铁23在两端缠绕电磁铁线圈24，另一个电磁铁23在中间位置缠绕电磁铁线圈24，如图3(b)所示；过滤器26为圆柱状，过滤器26内部设有若干长方体状的陶瓷孔塞25，且过滤器26内部设置的相邻陶瓷孔塞25均不相同，即在过滤器26的一处两端设置陶瓷孔塞25，在过滤器26的另一处中间位置设置陶瓷孔塞25，如图3(c)所示。在碳纳米管捕集器16工作过程中，气缸21内的废气先通过电磁铁23，废气中的纳米铁颗粒具有磁性将被吸附在电磁铁线圈24的磁性侧面；相关研究表明碳纳米管的直径为1-2nm、长度为5-100um，具有很大的长径比，陶瓷孔塞25和过滤器26的孔径均为1um，用于过滤掉碳纳米管；当废气通过碳纳米管捕集器16时，废气中的碳纳米管被捕集的同时，未参与反应的纳米铁颗粒也会吸附在电磁铁23上，起到回收利用的作用。
图4为颗粒物提取装置，用于将过滤器26置于碳纳米管收集腔28中，碳纳米管收集腔28一端通入干燥压缩空气29，另一端设置过滤膜27，在干燥压缩空气29的作用下(干燥压缩空气29的流向与碳纳米管捕集器16捕集颗粒物时的气体流速方向相反)，将碳纳米管吹入到碳纳米管收集腔28内，过滤膜27只允许空气通过，最终碳纳米管颗粒在碳纳米管收集腔28内提取出来；同时，纳米铁颗粒以此原理被干燥压缩空气29吹出。
本发明采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置的工作原理如下：
电子控制单元18控制喷气阀门4打开，天然气贮气瓶1中的天然气经过天然气滤清器2进入发动机的进气道，与新鲜空气混合后注入气缸21内；打开汽油箱6和汽油滤清器7之间的截止阀，提前与催化剂和促进剂混合好的汽油，经过超声波水浴下经超声处理后混合均匀后，依次经过汽油滤清器7、燃油泵8和喷油器20喷入气缸21内；两种燃料进入气缸21后采用火花式点火或压燃方式引燃可燃混合气体，经过缸内复杂的化学反应，生成的碳纳米管随着废气一起被排出气缸21，废气通过碳纳米管捕集器16后，碳纳米管及少量未燃烧完全的颗粒物会被过滤下，废气再通过ERG阀15，部分废气会重新进入气缸21，起到控制缸内温度及抑制NOx的生成的作用，剩余的大部分废气通过废气涡轮12，使得部分废气余热被回收利用；大部分废气经尾气分析仪13检测之后被三元催化转换器14处理，废气中的CO和HC将被氧化成H2O和CO2，使得最终排入大气中的废气只剩下H2O和CO2。
发动机气缸21内的温度、氧含量及缸内每个燃烧周期长度对碳纳米管的生成起着至关重要的作用，这些因素必须控制在合适的范围才能保证碳纳米管的正常生长。在双燃料发动机制备碳纳米管的工作过程中，电子控制单元18接收氧传感器和节气门位置传感器的信号对节气门5、喷油器20和喷气阀门4进行控制，进而改变气缸内部燃料的当量比，将当量比控制在1.1-1.2范围内，若当量比小于1.1，则减小节气门开度，增大喷油器阀门开度与喷气阀门开度；若当量比大于1.2，则增大节气门开度，减小喷油器阀门开度与喷气阀门开度；节气门开度(0-50％)改变当量比的同时影响CO浓度，节气门开度越大当量比越小，10％-15％的节气门开度使得当量比在1.1-1.2范围内，能保证CO浓度高于10％；电子控制单元18接收温度传感器、缸压传感器19的信号，根据气缸内部压力和排气温度对气缸21内部的温度进行预估，通过EGR阀15控制进入气缸21内部的废气或火花塞22的点火提前时间或喷油器20和喷气阀门4控制天然气与汽油的消耗量或节气门开度或EGR阀15的开度，均可以对缸内温度进行调节，使其维持在1000-1200℃范围内，若温度低于1000℃，则增大天然气进气量与汽油喷射量的比值或增加点火提前角或增大节气门开度或减小EGR率(减小EGR阀15的开度，减少进入气缸21内部的废气)，若温度高于1200℃，则减小天然气进气量与汽油喷射量的比值或减小点火提前角或减小节气门开度或增加EGR率(增大EGR阀15的开度，增加进入气缸21内部的废气)；电子控制单元18接收转速传感器的信号，控制喷气阀门4、喷油器20和火花塞22，改变喷油量、喷气量和点火时间，进而对发动机的转速进行调控，调节转速后可以改变发动机每个工作循环的时间，进而能对缸内的反应时间进行调控；电子控制单元18接收背压传感器的信号，当碳纳米管捕集器16因为颗粒物数量过多导致堵塞，使得排气背压过大时，电子控制单元18控制喷油器20和喷气阀门4停止燃料供给，结束发动机运转，避免造成发动机及传感器的损坏。因此，使用电子控制单元18对发动机进行控制，可以使得发动机缸内在正常运转的条件下尽可能生成更多的碳纳米管。此外，电子控制单元18还可以通过控制喷油时刻与缸内进气时刻的同步，控制喷油压力、EGR率和点火时间去抑制缸内的碳烟的生成，保证碳纳米管的纯度。
采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置在使用前，需确定发动机试验的最佳工况，具体为：
(1)选择将某款4100Q型号缸内直喷式汽油机，将其改装成进气道喷射+缸内直喷式双燃料发动机。
(2)本实例选用的天然气为高硫天然气，含硫量高于4％，汽油为国Ⅴ标准汽油，含硫量<10ppm。
(3)为了确定碳纳米管生成的最佳条件需要先进行发动机试验，碳纳米管生成的主要影响因素为温度、碳源与催化剂，首先通过试验，确定温度与碳源两个因素符合碳纳米管的生成条件。天然气进气量与汽油喷射量的大小及比例、点火提前角、节气门开度及EGR率都会使得发动机缸内的温度及生成产物发生变化，因此，设置天然气与汽油的消耗量(kg/h)比值为：0-1.0，点火提前角为：-12-0℃A，节气门开度为：0-50％，EGR率为：0-20％；通过缸压传感器19采集的信号分析缸内压力，进而对发动机缸内的平均温度进行预测，确定满足温度范围在600-1200℃，保证CO浓度高于10％。
(4)基于最佳温度与CO浓度的工况下，改变天然气中硫化氢气体含量(5％-15％)和油溶性氧化铁纳米颗粒数量(0-10000ppm)，控制发动机的转速在1000-3000r/min，发动机运转后对尾气中的颗粒物进行瞬时取样，相同的工况取样五次，利用扫描电镜对颗粒物进行分析，碳纳米管平均生成量最大值时，确定最佳催化剂与促进剂的含量及发动机转速。
通过对产物分析发现，当油溶性氧化铁纳米颗粒与硫化氢气体的含量分别为7000ppm和10％时，检测到的碳纳米管含量最多；同时发现，当缸内温度在600-1000℃时，虽然满足碳纳米管的生长温度，但是碳烟的含量高于碳纳米管的含量，说明此时缸内条件更有利于碳烟的生成，同时减少了碳纳米管的生成。当缸内温度在控制1000℃以上，发现碳烟颗粒的生成减少了，碳纳米管占颗粒物的绝大部分，所以尽量控制缸内温度在1000-1200℃范围内，更加利于碳纳米管的大量生长及保证碳纳米管的纯度。此外，当发动机转速在2000r/min以上时，生成的碳纳米管很少或者几乎没有，这是因为转速过高会导致缸内反应时间过短导致了碳纳米管的生成少；当转速低于2000r/min时，发现颗粒物以碳烟为主，这说明过低转速使得缸内的碳源物质转化成了碳烟，不利于碳纳米管的生成；因此将发动机转速设置为2000r/min。
(5)基于碳纳米管的最佳生成工况，建立脉谱图存储于电子控制单元18中，利用电子控制单元18对发动机的运行工况进行闭环控制，使得发动机一直维持在碳纳米管生成的最佳工况。
确定发动机试验的最佳工况后，制备碳纳米管的具体过程为：
(1)将油溶性氧化铁纳米颗粒添入汽油中，经超声波水浴处理使得催化剂和汽油混合更加均匀，保证油溶性氧化铁纳米颗粒含量为7000ppm，天然气选择硫化氢含量为10％的高硫天然气。
(2)在双燃料发动机工作过程中，高硫天然气采用进气道喷射，与新鲜空气在进气道中先混合后注入气缸21内；含有催化剂的汽油采用缸内直喷的方式喷入气缸，两种燃料的比例控制在天然气/汽油＝0-1.0，且保证相同时刻进入气缸，最后采用火花式点火方式点燃可燃混合气。
(3)当点火提前角为-6℃A、天然气与汽油的消耗量(kg/h)比值为0.4-0.5、EGR率为10％、当量比为1.1-1.2和发动机转速为2000r/min时，恰好能够满足缸内温度维持在1000-1200℃范围内，检测的碳纳米管含量最大；基于这一碳纳米管的最佳生成工况，利用电子控制单元18对发动机的运行工况进行反馈控制，使得发动机一直维持在碳纳米管生成的最佳工况。
(4)经过缸内复杂的化学反应，生成的碳纳米管随着废气一起被排出气缸21，废气通过碳纳米管捕集器16后，碳纳米管将被捕集，同时在生成碳纳米管的过程中，氧化铁还原成铁催化碳纳米管的生成，有一部分未参与反应的铁形成铁颗粒随着废气排出气缸将被电磁铁23吸附起到回收利用的作用。
(5)电磁铁23与过滤器26均可拆卸，分别将其放入颗粒物提取装置中，经过干燥高压空气29的反吹，铁颗粒和碳纳米管分别从电磁铁线圈24和过滤器26中吹出到收集腔28内，实现二者的收集。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，包括天然气贮气瓶（1）和汽油箱（6）；
所述天然气贮气瓶（1）通过管道与气缸（21）的进气道连通，且天然气贮气瓶（1）与进气道连接处设有喷气阀门（4）；气缸（21）的进气道上设有节气门（5）；气缸（21）的排气管上沿排气方向依次设有碳纳米管捕集器（16）、EGR阀（15）和尾气分析仪（13），且排气管在设置EGR阀（15）处，通过管道与进气道连通；
所述汽油箱（6）通过管道与设置在气缸（21）上的喷油器（20）连通，且汽油箱（6）的管道上设有截止阀；
所述气缸（21）顶部设有火花塞（22）和缸压传感器（19）；
所述喷气阀门（4）、节气门（5）、尾气分析仪（13）、EGR阀（15）、火花塞（22）、缸压传感器（19）均与电子控制单元（18）信号连接，电子控制单元（18）还接收的信号包括：排气中的氧含量、排气温度、节气门开度、发动机的转速、排气背压和发动机缸内压力；
所述电子控制单元（18）获取排气中的氧含量和节气门开度，对节气门（5）、喷油器（20）和喷气阀门（4）进行控制，进而改变当量比。
2.根据权利要求1所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述碳纳米管捕集器（16）两端分别设置若干电磁铁（23）和过滤器（26），电磁铁（23）上缠绕有电磁铁线圈（24），且相邻电磁铁（23）上设置的电磁铁线圈（24）均不相同；过滤器（26）内部设有若干长方体状的陶瓷孔塞（25），且过滤器（26）内部设置的相邻陶瓷孔塞（25）均不相同。
3.根据权利要求1所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述气缸（21）的排气管上还设有废气涡轮（12）和三效催化转化器（14），废气涡轮（12）位于尾气分析仪（13）和EGR阀（15）之间，所述尾气分析仪（13）位于废气涡轮（12）和三效催化转化器（14）之间。
4.根据权利要求3所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述气缸（21）的进气道上沿进气方向还依次设有空气滤清器（10）、压气机（11）和中冷器（9），且压气机（11）与废气涡轮（12）连接。
5.根据权利要求1所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述喷油器（20）与汽油箱（6）之间沿进油方向还依次设有汽油滤清器（7）和燃油泵（8）。
6.根据权利要求1所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述天然气贮气瓶（1）与喷气阀门（4）之间沿进气方向还依次设有天然气滤清器（2）和压力调节器（3）。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的采用点燃式双燃料发动机的碳纳米管制备装置制备碳纳米管的方法，其特征在于：
天然气和新鲜空气混合后注入气缸（21）内，与催化剂混合好的汽油也喷入气缸（21）内，经过缸内反应后，废气通过碳纳米管捕集器（16）后，部分废气通过EGR 阀（15）重新进入气缸（21），剩余的大部分废气通过废气涡轮（12）和三效催化转化 器（14）后，排入大气；
所述天然气与汽油的消耗量比值为0.4-0.5，所述催化剂为7000 ppm的油溶性氧化铁纳米颗粒，所述天然气中含有10%的硫化氢气体；
缸内反应过程中，发动机转速为2000 r/min，缸内温度控制在1000-1200℃范围内，当量比控制在1.1-1.2范围内。
8.根据权利要求7所述的制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述当量比的控制过程为：电子控制单元（18）获取排气中的氧含量和节气门开度，对节气门（5）、喷油器（20）和喷气阀门（4）进行控制，进而改变当量比。
9.根据权利要求8所述的制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述节气门（5）的开度为10%-15%。
10.根据权利要求7所述的制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述缸内温度的控制过程为：电子控制单元（18）获取排气温度和气缸内部压力，对气缸（21）内部的温度进行预估，通过EGR阀（15）控制进入气缸（21）内部的废气或者火花塞（22）的点火提前时间或者喷油器（20）和喷气阀门（4）控制进气量与汽油喷射量的比值或者节气门开度或者EGR阀（15）的开度，对缸内温度进行调节。
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