CZ292640B6

CZ292640B6 - Způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku

Info

Publication number: CZ292640B6
Application number: CZ199829A
Authority: CZ
Inventors: Steinar Lynum; Ketil Hox; Jan Hugdahl; Richard Smet; Nicolas Probst
Original assignee: Kvaerner Technology And Research Ltd.; Erachem Europe, S.A.
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 2003-11-12
Also published as: GR3035491T3; NO302242B1; MX211049B; AU691760B2; PL184547B1; DE69611100T2; CN1148065A; MY120503A; MX9800038A; BG63263B1; AU6370596A; RU2163247C2; CA2226277C; CA2226277A1; RO118880B1; SK282609B6; SK2198A3; ES2154410T3; MA23931A1; HU220125B

Abstract

Při způsobu zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku, zejména sazí se částice uhlíku dodávají pomocí nosného a/nebo plazmového plynu do plazmové zóny (9) reakční komory (8) plazmového reaktoru pro tepelné zpracování a do plazmové zóny (9) se přivádí energie pro vyvolání přírůstku entalpie 3600 kJ až 36 000 kJ na 1 kg částic uhlíku, přičemž se částice uhlíku ponechávají v plazmové zóně po zdržnou dobu 0,01 až 0,07 s a poměr zdržné doby částic uhlíku v plazmové zóně a množství energie přiváděné do plazmové zóny plazmovým a nosným plynem se řídí tak, aby se částice uhlíku pro zamezení sublimace zahřívaly na teplotu nepřesahující 3700 .degree.C. S výhodou se množství energie přiváděné do plazmové zóny upravuje pro vyvolání přírůstku entalpie 7200 kJ až 28 800 kJ na 1 kg částic uhlíku. Rovněž s výhodou se zdržná doba částic uhlíku v plazmové zóně (9) upravuje řízením rychlosti proudění nosného a/nebo plazmového plynu nebo umístěním centrální napájecí trubky (6) vzhledem k plazmové zóně (9) nebo umístěním nebo volbou průtokového průřezu sekundárních napájecích trubek (7) pro přívod nosného plynu. S výhodou se jako nosný a/nebo plazmový plyn pro dosažení chemicky aktivních skupin na povrchu uhlíkových částic užívají nebo se do plazmového a/nebo nosného plynu přidávají oxidující médium, s výhodou ze skupiny CO.sub.2.n., CO, H.sub.2.n.O, O.sub.2.n., vzduch, nebo redukující médium, s výhodou H.sub.2.n., nebo halogeny nebo kyseliny.ŕ

Description

Způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku, zejména sazí, podle kterého se částice uhlíku dodávají pomocí nosného a/nebo plazmového plynu do plazmové zóny reakční komory plazmového reaktoru pro tepelné zpracování a do plazmové zóny se pro vyvolání přírůstku entalpie přivádí energie 3600 kJ až 36 000 kJ na 1 kg částic uhlíku.

Dosavadní stav techniky

Mikrostruktura v částicích sazí se skládá z malých krystalických oblastí v turbulentním vrstevnatém uspořádání, tj. rovnoběžných vrstvách rotujících, ale neuspořádaných kolem osy c. Grafitické vrstvy jsou uspořádány koncentricky směrem k povrchu částic, tj. paralelně orientovány, se stoupajícím stupněm nepravidelnosti ve směru ke středu částic. Rozměr krystalu je definován pomocí hodnot Lc, La, d 002, kde Lc je rozměr krystalu ve směru c, tj. výška, a je průměrnou stohovací výškou grafitových vrstev. La je rozměr nebo rozloha vrstev a představuje průměrný průměr každé vrstvy. Hodnota d 002 je vzdálenost mezi vrstvami grafitu. Rozměry krystalu měřené ohybem paprsků X pro saze vyrobené známými konvenčními postupy jsou specifikovány v tabulce 1. Je známo, že tepelné zpracování mění stupeň pravidelnosti v nanostruktuře částic sazí. Rozměr krystalu stoupá s rostoucím průměrným průměrem La vrstev grafitu a se stoupající průměrnou výškou vrstev Lc. Vzdálenost mezi vrstvami grafitu d 002 je snížena. Tepelné zpracování sazí prováděné při teplotách nad 1000 °C má vliv na nanostrukturu a morfologii. Zvyšování teploty na 2700 °C nebo výše má silný vliv na pravidelnost vrstev grafitu a růst krystalů dosahuje úrovně odpovídající výsledkům pro acetylenové saze. Jsou známy způsoby tepelného zpracování, sestávající z ohřívání v indukční peci v atmosféře inertního plynu na teplotu mezi 1100°C a 2400 °C se zdržnou dobou od několika minut do více hodin. V patentovém spise US 4 351 815 je ukázán způsob tepelného zpracování sazí v peci s dvěma tepelnými zónami. V první zóně je zahříváno na teplotu mezi 565 °C a 760 °C, aby byl přeměněn všechen přítomný kyslík na oxid uhličitý a v druhé zóně je zahříváno na teplotu mezi 1400 °C a 2400 °C. Doba tepelného zpracování se může měnit od 9 sekund do 10 minut. Ve spise DD 292 920 je vysvětlen způsob výroby vrchních sazí z vnitřních sazí v plazmovém reaktoru. Do plazmové zóny je surovému materiálu přivedena energie pro vyvolání přírůstku entalpie alespoň 10 800kJ/kg při reakční době mezi 0,1 s a 1 s, čímž je uhlík přiveden zcela nebo částečně do sublimace. Je přítomen ve formě plynného uhlíku a postup je proto transformací surového materiálu, a ne způsobem tepelného zpracování. Ve spise WO 94/17908 je vysvětlen způsob transformace uhlíkatých materiálů, jako jsou saze a grafit s neuspokojivou nanostrukturou v plazmovém reaktoru. Do surového materiálu je přiváděna energie mezi 144 000 kJ/h a 540 000 kJ/h se zdržnou dobou v reakční komoře mezi 2 s a 10 s. Tento způsob je transformací surového materiálu, a ne způsobem tepelného zpracování. Podle známých konvenčních způsobů tepelného zpracování je zdržná doba pro surový materiál v peci od 10 s do několika hodin. Takovými způsoby nemohou být zpracovávána velká množství v krátké době a nejsou způsoby proto podnikatelsky ziskové. Cílem vynálezu je odstranit nevýhody dosavadního stavu techniky a zajistit lepší, z tepelného hlediska efektivní a snadno ovladatelný způsob tepelného zpracování uhlíkatých materiálů, zvláště všech typů uhlíkových sazí, kterým by byla získána zlepšená pravidelnost v nanostruktuře. Tato pravidelnost v nanostruktuře může být určena standardními zkušebními metodami, jako je prohlídka mikroskopem nebo ohybem paprsků X. Cílem vynálezu je dále zvýšení kvalit obchodních sazí a obnova uhlíkatých materiálů negrafitizovaného typu, tj.těch, které jsou užívány jako elektrodové materiály. Dalším cílem vynálezu je získat uhlíkové saze se speciálními vlastnostmi, které nebyly dosud vůbec získány nebo které jsou obtížně vyrobitelné známými způsoby výroby bez použití nákladních surových materiálů, jako je acetylen. Dalším cílem vynálezu je zajistit ekonomicky výhodný způsob, který může zpracovávat široké množství surových materiálů v krátkém čase.

-1 CZ 292640 B6

Podstata vynálezu

Nedostatky dosavadního stavu techniky podstatnou měrou odstraňuje a cíle vynálezu splňuje způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku, zejména sazí, podle kterého se částice uhlíku dodávají pomocí nosného a/nebo plazmového plynu do plazmové zóny reakční komory plazmového reaktoru pro tepelné zpracování a do plazmové zóny se přivádí energie pro vyvolání přírůstku entalpie 3600 kJ až 36 000 kJ na 1 kg částic uhlíku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se částice uhlíku ponechávají v plazmové zóně po zdržnou dobu 10 0,01 až 0,07 s a poměr zdržné doby částic uhlíku v plazmové zóně a množství energie přiváděné do plazmové zóny plazmovým a nosným plynem se řídí tak, aby se částice uhlíku pro zamezení sublimace zahřívaly na teplotu nepřesahující 3700 °C. S výhodou se množství energie přiváděné do plazmové zóny plazmovým a nosným plynem se řídí tak, aby se částice uhlíku pro zamezení sublimace zahřívaly na teplotu nepřesahující 3700 °C. S výhodou se množství energie přiváděné 15 do plazmové zóny upravuje pro vyvolání přírůstku entalpie 7200 kJ až 28 800 kJ na 1 kg částic uhlíku. Rovněž s výhodou se zdržná doba částic uhlíku v plazmové zóně upravuje řízením rychlosti proudění nosného a/nebo plazmového plynu nebo umístěním nebo volbou průtokového průřezu sekundárních napájecích trubek pro přívod nosného plynu. S výhodou se jako nosný a/nebo plazmový plyn pro dosažení chemicky aktivních skupin na povrchu uhlíkových částic 20 užívají nebo se do plazmového a/nebo nosného plynu přidávají oxidující médium, s výhodou ze skupiny CO₂, CO, H₂O, O₂, vzduch, nebo redukující médium, s výhodou H₂, nebo halogeny nebo kyseliny. Zpracování částic uhlíku může být s výhodou prováděno ve spojení s výrobním postupem. Podle překvapivého objevu, který byl učiněn, je doba tepelného zpracování pro uhlíkové částice, jako např. saze, drasticky snížena. Prostřednictvím tepelného zpracování způsobem podle 25 vynálezu, tj. v plazmové zóně, je dosažena stejná pravidelnost grafitových vrstev, jako v průběhu zahřívání v peci. Způsob vede ke zvýšení kvality komerčního uhlíku. Tepelné zpracování je prováděno v plazmové zóně, přičemž je řízen čas vložení a dodávaná energie, aby bylo zajištěno, že uhlíkatý materiál nesublimuje, čímž se zabraňuje vypařování uhlíku a jeho předvádění do nového produktu. V plazmové zóně však je dosažena pravidelnost v nanostruktuře už po zdržné 30 době kratší, než 0,1 s. Bylo ukázáno, že dokonce zdržná doba 0,05 s a kratší postačují pro dosažení uspokojivé pravidelnosti v nanostruktuře. Tak je zajištěn výnosný způsob, protože může být zpracováno velké množství materiálu v krátké době. Tento způsob tepelného zpracování může být prováděn v plazmové zóně vytvořené v plazmovém oblouku, kde elektrický oblouk hoří mezi elektrodami nebo v plazmové zóně, která je vytvořena tepelnou indukcí, např. vysoko35 frekvenčním ohřevem plynu. Zpracovávány mohou být různé uhlíkaté materiály, jako je uhlík, koks atd., ale zejména nejlepší druhy specifických sazí pro dosažení specifické kvality. Částice uhlíku jsou dodávány do plazmové zóny pomocí nosného plynu. Nosný plyn může být také plazmovým plynem. Jako nosný nebo plazmový plyn mohou být použity inertní plyn, příkladně argon nebo dusík, redukční plyn jako vodík nebo zpracovatelský plyn, který může být směsí 40 H₂ + CH4 + CO + CO₂, může být využit také. Může být využita i kombinace těchto plynů.

Přehled obrázků na výkresech

Způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku podle vynálezu je osvětlen pomocí výkresů, na kterých ukazuje obr. 1 plazmový reaktor s plazmovou zónou a obr. 2 diagram teploty částic uhlíku, plazmového a nosného plynu v závislosti na čase. V tabulkách připojených k popisu příkladu provedení vynálezu jsou znázorněny v tabulce 1 strukturální vlastnosti karbonové černi stanovené ohybem paprsků X (nm), v tabulce 2 hodnoty pro La, Lc a d 002 spolu se 50 zdržnou dobou a přivedenou energií pro různé kvality sazí před a po tepelném zpracování, v tabulce 3 hodnoty pro La, Lc a d 002 pro jeden typ sazí před a po tepelném zpracování plazmovým způsobem podle vynálezu.

-2CZ 292640 B6

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 ukazuje základní koncept plazmového oblouku, který může být navržen konvenčně. Jeden návrh je popsán v norském patentu číslo NO 174450 (PCT/N092/00195) téhož přihlašovatele. Tento plazmový oblouk je zamýšlen pro dodávku energie do chemických procesů. Plazmový oblouk zobrazený na obr. 1 je navržen s vnější elektrodou 1 a centrální elektrodou 2. Elektrody 1, 2 jsou válcového tvaru a jsou uspořádány souose jedna uvnitř druhé. Elektrody 1, 2 jsou pevné a jsou zhotoveny z materiálu s vysokou taviči teplotou s dobrou elektrickou vodivostí jako grafit. Mohou být užity i chlazené kovové elektrody. Do elektrod 1, 2 může být dodáván buď stejnosměrný, nebo střídavý proud. Kolem elektrod 1, 2 v oblasti působení elektrického oblouku je umístěna cívka 3, do které je dodáván stejnosměrný proud vytvářející axiální magnetické pole. Plazmový plyn může být dodáván prstencovým prostorem 4 mezi vnější elektrodou 1 a centrální elektrodou 2. Plazmový plyn může být také nosným plynem pro částice uhlíku. Částice uhlíku takto prošlé elektrickým obloukem jsou podrobeny jednotnému působení v plazmové zóně 9. Zdržná doba pro částice uhlíkových sazí v plazmové zóně 9 může být nastavena na základě rychlosti toku plynu pro plazmový plyn. Nosný plyn obsahující částice uhlíku může být dodáván otvorem 5 v centrální elektrodě 2 nebo zvláštní centrální napájecí trubkou 6, která je umístěna souose v centrální elektrodě 2. Návrh samotného napájecího potrubí je popsán v norském patentu číslo NO 174 180 (PCT/N092/00198) stejného přihlašovatele. Toto napájecí potrubí je pohyblivé v axiálním směru pro umístění výstupu vzhledem k plazmové zóně 9. Zdržná doba pro částice uhlíkových sazí v plazmové zóně 9 může tím být nastavena na základě rychlosti toku plynu pro nosný plyn a prostřednictvím polohy napájecího potrubí vzhledem k plazmovému elektrickému oblouku. Jako třetí alternativa může být nosný plyn obsahující částice uhlíku dodáván jednou nebo více sekundárními napájecími trubkami 7 při a pod plazmovou zónou 9 elektrického oblouku. Několik sekundárních napájecích trubek 7 může být umístěno podél obvodu reakční komory 8 v různých hladinách ve zvětšujících se vzdálenostech od vnější elektrody u a centrální elektrody 2 plazmového oblouku. Zdržná doba pro částice uhlíkových sazí v plazmové zóně 9 tak může být nastavena v závislosti na tom, které napájecí trubky jsou použity. Vysokoteplotní plazma je vytvářena pomocí plynu, který je ohříván elektrickým obloukem, který hoří mezi elektrodami. V plazmové zóně tohoto druhu jsou dosahovány extrémně vysoké teploty, od 3000 °C do 20 000 °C, a právě v této zóně je prováděno tepelné zpracování. Plazmový oblouk je znázorněn v reakční komoře 8, kde může být tepelně zpracovaný materiál také chlazen, např. dodávkou studeného plazmového plynu nebo nosného plynu, který se tím ohřívá a může být recyklován a využit pro dodávku energie. Dodatečně nebo jako část chladicího plynu mohou být přidány speciální základní látky pro dosažení určitých chemických funkčních skupin na povrchu uhlíkových částic. Takové základní látky mohou být dodávány v oblasti, kde klesla teplota na specifickou úroveň. Takové základní látky mohou být dodávány v následující komoře. Zbytek zařízení je známého konvenčního typu, který zahrnuje chladič stejně jako oddělovací zařízení, které může sestávat z cyklonu nebo filtračního přístroje, kde je oddělován uhlík. Návrh takového uspořádání je popsán v norském patentu NO 176968 (PCT/N093/00057) stejného přihlašovatele. Způsob je vysoce intenzívní a bez nečistot. Způsob může být veden jako způsob kontinuální nebo může být prováděn přerušovaně. Způsob může být použit ve spojení s dosavadními způsoby, např. způsobem olejové pece nebo způsobem plazmovým. Může být také použit spolu s plazmovým způsobem pro výrobu sazí tak, jak byl vyvinut stejným přihlašovatelem a popsán v norském patentu číslo NO 175718 (PCT/N092/00196). Podle tohoto způsobu jsou uhlovodíky rozkládány pomocí energie plazmového oblouku na uhlíkovou část a vodík, který je dodáván v následujících stupních do komory reaktoru s teplotními zónami pro regulaci a řízení kvality získaného produktu. V reaktoru může být instalován jeden nebo více dodatečných plazmových oblouků a způsob tepelného zpracování podle vynálezu může být prováděn na vytvořených sazích. Do částic sazí je přiváděna energie od 3600 do 36 000kJ/kg, přednostně mezi 7200 až 21 600kJ/kg, přičemž částice sazí mají zdržnou dobu v plazmové zóně menší než 0,1 s, s výhodou menší než 0,07 s. To dává částicím uhlíkové saze teplotu do, ale ne přes teplotu sublimace uhlíku, která je 3700 °C. Přiváděná energie způsobuje zvýšení celkové energie systému. Jak ohřátí sazí plazmového plynu a nosného plynu, tak ztráta tepla jsou zahrnuty do celkové rovnováhy. Pro zabránění odpařovánísublimace sazí nesmí být zahříváno na teploty přes 3700 °C. Celková energie dodávaná částici

-3CZ 292640 B6 sazí může být vyjádřena rovnicí: AG = ΔΗ - T AS, kde AG (Gibbsova volná energie) = celková dodaná energie, ΔΗ (přírůstek entalpie) = dodaná tepelná energie, T = teplota v K, AS = entropie. Hodnoty přírůstku entalpie pro uhlík ukazují, že ΔΗ může být kolem maxima 7200 kJ/kg, aby byla udržena teplota pod 3700 °C. Důvodem, proč dodávka více energie nezpůsobuje odpařování, 5 je to, že tepelné zpracování zajišťuje více pravidelnou strukturu, která obráceně znamená, že entropie částic klesá. Tak bude možné pro ΔΗ ve shora uvedené rovnici bude pod 7200 kJ/kg, i když dodávaná energie (AG) je větší, než 7200 kJ/kg. Zdržná doba má být chápána jako čas, který uplyne, když jsou částice sazí vystaveny v počáteční fázi převodu pro absorpci energie v nebo při plazmové zóně nebo zóně elektrického oblouku. Částice uhlíku mají vyšší stupeň 10 intenzity vyzařování, e > 0,9 a v průběhu velmi krátké doby, která může být měřena v milisekundách, dosahují teploty přes 3000 °C v důsledku radiace tepla z elektrického oblouku a z elektrod. V průběhu krátké doby převádí částice uhlíku část své absorbované energie do plazmového a/nebo nosného plynu pomocí radiace tepla a vedení tepla. Plazmový a nosný plyn mají malou vyzařovací schopnost, e < 0,1 a výsledná teplota části sazí a plazmový a nosný plyn 15 dosahují teplot menších než 2000 °C. Přivedená energie a zdržná doba jsou nastaveny tak, aby zajistily, že částice uhlíku nedosahují teploty, která je příliš vy soká, aby sublimovaly, takže teplota musí být udržována pod 3700 °C. Obr. 2 ukazuje diagram pro teplotu, dosaženou částicemi uhlíku a tečkovaná ukazuje teplotu jako funkce času pro plazmový nebo nosný plyn při dané velikosti přivedené energie v rozsahu od 18 000 kJ/kg sazí. Tabulka 1 ukazuje strukturální 20 vlastnosti karbonové černi stanovené ohybem paprsků X (nm). Tabulka 2 ukazuje hodnoty pro

La, Lc a d 002 spolu se zdržnou dobou a přivedenou energií pro různé kvality sazí před a po tepelném zpracování se shora uvedenými parametry v plazmové zóně a s použitím různých typů plazmového plynu. V průběhu tepelného zpracování budou chemické funkční skupiny a nečistoty připojené nebo vázané na povrch částic uhlíku redukovány nebo odstraněny. Tepelné zpracování 25 vede k dramatické redukci povrchové aktivity vztažené na uvolnění chemicky vázaného vodíku z úrovně 2500 ppm na přibližně 100 ppm nebo méně. Pro dosažení speciálních chemických funkčních skupin na povrchu částic uhlíku mohou být přidány speciální základní látky k plazmovému plynu a/nebo nosnému plynu. Tyto mohou být okysličujícími médii, jako je CO₂, CO, O₂, vzduch a H₂O, nebo redukčními médii, jako H₂, halogeny, kyseliny atd. Saze tepelně zpracované 30 podle způsobu podle vynálezu mohou být srovnávány se sazemi tepelně zpracovanými po dobu několika hodin v indukční peci. Tabulka 3 ukazuje hodnoty pro La, Lc a d 002 projeden typ sazí před a po tepelném zpracování v indukční peci a stejné saze po tepelném zpracování plazmovým způsobem podle vynálezu. Pro tepelné zpracování v plazmové zóně jsou údaje o způsobu podle vynálezu následující, přičemž plazmový generátor a komora reaktoru jsou již popsány:

Přiváděný materiál:	Uhlíkové saze	lOkg/h
Nosný plyn:	Ar	3 Nm³/h
Plazmový plyn:		3Nm³/h
Tlak reaktoru:		2 bar
Přivedená energie:		2,9 až 4,8 kWh/kg
Zdržná doba:		0,09 s

Zpracovávaný plyn: 50% H₃,2,5% CH₄,48% CO, 1,5% CO₂.

Teplota dosažená částicemi uhlíku v plazmové zóně je menší než 3700 °C a výsledná teplota pro 40 saze a plyny je přibližně 2000 °C. V tabulce 4 jsou hodnoty pro La, Lc a d 002 pro kvalitu sazí před a po tepelném zpracování v plazmové zóně, kde jsou uplatněny dva různé plazmové plyny. Cílem tepelného zpracování je zajistit zlepšené vlastnosti materiálů, kde jsou saze užity jako přísada. V následující sekci je odkazováno na různé produkty, kde jsou použity speciální kvality sazí získané tepelným zpracováním podle vynálezu.

Baterie se suchým článkem:

V konvenčních bateriích se suchým článkem jsou použity acetylenové saze nebo alternativně „speciální vodivé saze“. Poslední zmíněné saze jsou vyráběny tradičním „způsobem olejových

-4CZ 292640 B6 pecí“, po kterém následuje známá oxidace nebo etapa tepelného zpracování. Použití sazí speciálních kvalit přináší zvýšení kapacity elektrolytu, lepší charakteristiky nabíjení a dalších vlastností s takovým výsledkem, že tyto kvality dosahují vlastností téměř na stejné úrovni, jako acetylenové saze. Pomocí tepelného zpracování tradičně vyráběných kvalit sazí v plazmové zóně podle vynálezu je dosažen další stupeň pravidelnosti v nanostruktuře, což umožňuje dosažení hodnot, které jsou rovny nebo vyšší než ty, které jsou měřeny pro acetylenové saze.

Elektricky vodivé saze:

Série kvalit sazí jako „vodivých“, super-vodivých“ a „extra-vodivých“ byly vyvinuty pro specifické použití. Tyto kvality uhlíkových sazí dávají optimální vodivost, neboť mají vysokou strukturu, vysokou poréznost, malý rozměr částic a chemicky čistý povrch. Těmito kvalitami zajišťuje tepelné zpracování podle vynálezu dokonce lepší stupeň vodivosti. Kvality tradičních sazí, které jsou použity, např. jako přísady v pryži, mohou být zvýšeny stejným způsobem na „vodivé saze“. Tepelné zpracování v plazmové zóně podle vynálezu bude čistit povrch od oxidů a nečistot a optimalizovat vnitřní vedení v částicích sazí zajištěním vyššího stupně grafitizace. Uhlíkové materiály negrafitizované, jako antracit, koks z motorového benzínu, koks z dehtu mohou být zpracovány také způsobem podle vynálezu. Takové uhlíkaté materiály jsou například používány jako elektrody a ve výrobě zabezpečené proti požáru po grafitizačním procesu zahrnujícím tepelné zpracování v pražící peci. Tepelné zpracování podle vynálezu nabízí alternativu k tradičnímu procesu pražení a přinese průměrné vzdálenosti mezi grafítickými vrstvami, d 002 od hodnoty 0,344 nm níže k úrovni 0,335 nm, jako v grafitu. V technologii tepelného zpracování palivových článků elektrodového materiálu se použije podobný postup. V kyselině ortofosforečné (PAFC) a pevném polymeru palivových článků (SPFC) se použije uhlík s platinovým katalyzátorem jako anodou a katodou. Podstatné je, že elektrody mají dobrou elektrickou vodivost. Zvýšený stupeň grafitizace, dosažený zvýšenou pravidelností nanostruktury pomocí tepelného zpracování uhlíkatých materiálů podle vynálezu, vede ke zvýšení elektrické vodivosti materiálu.

Tepelně vodivé saze:

Dobrá tepelná vodivost je žádoucí ve směsích polymerů, aby bylo zabráněno hromadění tepla. Pro tento cíl jsou výhodné saze s dobrý mi tepelně vodivými vlastnostmi. Je známo, že základní vlastnosti sazí, která přispívá k tomuto úkolu, je vysoký stupeň pravidelnosti, tj. grafitizace. Z tohoto hlediska je nejlepší acetylenová čerň. Tepelné zpracování v plazmové zóně podle vynálezu zajistí dobrý výsledek pro všechny kvality známých tradičních sazí.

Tabulka 1

Strukturální vlastnosti karbonové černi stanovené ohybem paprsků X (nm):

Kvalita	La	Lc	d002
grafit referenční			0,335
termální saze	2,8	1,7	0,350
kanálové saze	1,9	1,4	0,353
pecní saze	2,0	1,7	0,355
acetylenové saze	2,7	2,6	0,343

-5CZ 292640 B6 cq

Tabulka

X •P -X ω to

O. <0 (X

E Φ σι σ>

	(0
'Φ		ο
α
φ	Φ	tn
Ό	-Η
φ	σ>
>	Μ	χ:
•Η	φ	s
>to	C	44
CU	φ	—'

>Φ c >Ν

5-1 η Ν

vo

I

	m
Ο r-4	I CO	ο 00 i—i

νο ο κ ο

cn	ID	Cq	C3	cn
ο	Ο	Ο	ο	ο
*·.	Μ.		χ	χ
ο	Ο	ο	ο	ο

X O o a φ í> o c <o 4J ω •H

C to Φ >U

O > O 44 Ή Η X!

Ρ •Η -Ρ m ο c to W Φ <—1 >

<ο Ή (β Ο W Φ cu φ I“I > φ CU

G >.

<—I

Ο.

'>< > ο Ε Ν Φ <—I Ω-ι

C >1 Η α

I I

Β

I

Ε I

I

I I ’ι

I

	0 1 Φ 1 to s
Li	Λ <ν 1
<	Ν χ 1

Ή α '0J > Ο

υ

<χ>

Γ-

γΗ

σι

ο

<—t

00

03

Γ-

φ

►—}

Γ-

ΙΟ

γ-

ιτ>

ΙΧ>

sr

03

Ο)

5-1

γΗ

Οι

Ν

Ε 'φ

<Ν

ιο

r—1

r-

γ—1

νο

Γ“

ιο

ιχ

σ>

CN

C

Γ~

Γ-

r-

Γ*

Γ—

Μ3

00

Ο

rH

γΗ

Φ

IX

Φ

-to

σ>

ι—1

04

ο

«—1

LD

03

ΚΤ

03

Η

OJ ο

ο

ΊΓ

sr

’Τ

ο

*c

ο

κ

χ

κ

κ»

κ

κ.

(X

Ό

ΓΟ

<η

O“)

CO

η

σ>

m

03

Ή

C r—1 'Φ

υ

ΙΟ ν4

00 Γ-ί

ΓΓ—1

<£> ν-1

Ο cq

Μ3 rH

cq cq

ο Τ

Τ

φ ο •Η

Μ

Ρ

>

•Ρ

ΓΜ

-

ο

44

ο

ιΟ

Ο

C3)

ο

σι

03

ο

cq

to

Ρ

c

»-4

03

χί·

ΙΟ

ιθ

Ρ

φ

>1

-Ρ

Χ5

>

ω

0

γ-<

Γ-

ιο

τ

U3

U>

ΙΟ

ιΟ

00

Μ3

Ο

Μ

<\ι ο

ΙΟ

ιο

ιΟ

ΙΟ

ιο

«Φ

Μ*

to

ο

X

W

κ

X

φ

>

Ό

03

cn

03

cn

to

Φ

ΙΟ

Ο

ΙΟ

Λ

Η

νο

ΙΟ

Ο

Γ—

υ

ο

Ο

υ

S

Γ~

ΙΟ

CX1

σ>

ω

►4

κ

ω

1

cq

Λ

2

1

χ

X

to

φ

Φ

Μ

2

φ

Φ

Η

to

ni

X

-to

to

ο

Ο

C

α

Ό

•Η

0

Φ

φ

X

5

Ρ

υ

Ο

to

Ο

γ—1

Φ

G

to

Φ

τι

ca

Φ

φ

α

Φ

>

Ρ

Φ

Μ

G

C

OT

W

Φ

>

Φ

Ρ

to

Ο

ο

α

>

Γ4

^4

ω

h

ω

Ο

ο

ω

Μ

ω

XI

-6CZ 292640 B6

Tabulka 3

Strukturální vlastnosti pro saze stanovené ohybem paprsku X (nm):

	La	Lc	d 002
Nezpracované saze	4,0	22	0,355
Tepelně zpracované v indukční peci	7	5	0,341
Tepelně zpracované v plazma zóně	8,2	8	0,341

Tabulka 4

Strukturální vlastnosti pro saze stanovené ohybem paprsku X (nm):

	La	Lc	d 002	plazmový plyn
před tepelným zpracováním	4	2,2	3,55
po tepelném zpracování	6,5	4.8	3.43	Ar
po tepelném zpracování	6,6	4,8	3,44	zpracovávaný plyn

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku, zejména sazí, podle kterého se částice uhlíku dodávají pomocí nosného a/nebo plazmového plynu do plazmové zóny (9) reakční komoiy (8) plazmového reaktoru pro tepelné zpracování a do plazmové zóny (9) reakční komory (8) plazmového reaktoru pro tepelné zpracování a do plazmové zóny (9) se přivádí energie pro vyvolání přírůstku entalpie 3600 kJ až 36 000 kJ na 1 kg částic uhlíku, vyznačující se t í m , že částice uhlíku se ponechávají v plazmové zóně po zdržnou dobu 0,01 až 0,07 s a poměr zdržné doby částic uhlíku v plazmové zóně a množství energie přiváděné do plazmové zóny (9) plazmovým a nosným plynem se řídí tak, aby se částice uhlíku pro zamezení sublimace zahřívaly na teplotu nepřesahující 3700 °C.
2. Způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku podle nároku 1, vyznačující se tím, že množství energie přiváděné do plazmové zóny se upravuje pro vyvolání přírůstku entalpie 7200 kj na 1 kg částic uhlíku.
3. Způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku podle nároku 2, vyznačující se tím, že zdržná doba částic uhlíku v plazmové zóně (9) se upravuje řízením rychlosti proudění nosného a/nebo plazmového plynu nebo umístěním centrální napájecí trubky (6) vzhledem k plazmové zóně (9) nebo umístěním nebo volbou průtokového průřezu sekundárních napájecích trubek (7) pro přívod nosného plynu.
4. Způsob zvyšování pravidelnosti nanostruktury částic uhlíku podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že jako nosný a/nebo plazmový plyn se pro dosažení chemicky aktivních skupin na povrchu uhlíkových částic použití nebo se do plazmového a/nebo nosného plynu přidávají oxidující médium, s výhodou ze skupiny CO2, CO, H₂O, O₂, vzduch, nebo redukující médium, s výhodou H2, nebo halogeny nebo kyseliny.