RU2011139610A

RU2011139610A - Способ получения углеродных нанотрубок и устройство для его осуществления

Info

Publication number: RU2011139610A
Application number: RU2011139610/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Никитин; Юрий Григорьевич Яновский; Александр Николаевич Данилин
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики (ИПРИМ РАН)
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-10
Also published as: RU2480398C1

Abstract

1. Способ получения углеродных нанотрубок, включающий процесс химического отложения путем пропускания разбавленного инертным газом углеродсодержащего сырья в виде паров над нагретым катализатором, отличающийся тем, что катализатор и газовую смесь с углеродсодержащим сырьем непрерывно подают в активную зону реактора, подаваемый в необогреваемую часть реактора катализатор на всем пути прохождения непрерывно перемешивают, равномерно обдувают газовой смесью и предварительно прогревают за счет выходящих противотоком по отношению к катализатору из активной зоны реактора горячих газов, выходя из активной зоны реактора, полученные в результате реакции углеродные трубки остывают в потоке подающейся газовой смеси, одновременно производя ее предварительный нагрев, при этом состав выходящего из реактора газа подвергают корректировке и вновь направляют в него, обеспечивая непрерывную выгрузку конечного продукта и закольцованную схему потока газов, причем убыль углеродсодержащего сырья в газовой смеси осуществляют путем частичного сброса отработанной газовой смеси или путем селективного удаления водорода из отработанной газовой смеси с последующим восполнением убыли углеродсодержащего сырья, позволяя снизить расход сырья до стехиометрического, а расход газа-разбавителя снизить практически до нуля.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего сырья используют ацетилен или этилен или этан или пропилен или пропан или этиловый спирт или пропиловый спирт.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа-разбавителя используют азот или аргон.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сод

Claims

1. Способ получения углеродных нанотрубок, включающий процесс химического отложения путем пропускания разбавленного инертным газом углеродсодержащего сырья в виде паров над нагретым катализатором, отличающийся тем, что катализатор и газовую смесь с углеродсодержащим сырьем непрерывно подают в активную зону реактора, подаваемый в необогреваемую часть реактора катализатор на всем пути прохождения непрерывно перемешивают, равномерно обдувают газовой смесью и предварительно прогревают за счет выходящих противотоком по отношению к катализатору из активной зоны реактора горячих газов, выходя из активной зоны реактора, полученные в результате реакции углеродные трубки остывают в потоке подающейся газовой смеси, одновременно производя ее предварительный нагрев, при этом состав выходящего из реактора газа подвергают корректировке и вновь направляют в него, обеспечивая непрерывную выгрузку конечного продукта и закольцованную схему потока газов, причем убыль углеродсодержащего сырья в газовой смеси осуществляют путем частичного сброса отработанной газовой смеси или путем селективного удаления водорода из отработанной газовой смеси с последующим восполнением убыли углеродсодержащего сырья, позволяя снизить расход сырья до стехиометрического, а расход газа-разбавителя снизить практически до нуля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего сырья используют ацетилен или этилен или этан или пропилен или пропан или этиловый спирт или пропиловый спирт.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа-разбавителя используют азот или аргон.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание углеродсодержащего сырья в газовой смеси составляет 5-20%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве источника углерода ацетилена процесс синтеза углеродных трубок протекает по уравнению: С₂Н₂→2С+H₂, при этом углерод откладывается в виде углеродных нанотрубок, а водород поступает в газовую смесь в объеме равном объему израсходованного ацетилена и, соответственно, разбавляет газовую смесь.

6. Устройство для получения углеродных нанотрубок, представляющее собой установку, выполненную в виде реактора, кварцевой трубки и дозатора для подачи катализатора, отличающееся тем, что оно снабжено нагревательным узлом с блоком системы управления для регулирования температуры в активной зоне реактора, элементами механизма вращения относительно продольной оси кварцевой трубки, блоком управления скоростью вращения кварцевой трубки и скоростью подачи газовой смеси, механизмом регулировки угла наклона реактора, обеспечивающего управление скоростью прохождения катализатора по его активной зоне в зависимости от скорости вращения кварцевой трубки, приспособлениями для непрерывной подачи катализатора и газовой смеси в активную зону реактора, приспособлениями для вывода полученной продукции и отработанных газов и, по меньшей мере, одним мембранным фильтром для селективного удаления водорода из газовой смеси при использовании в качестве углеродсодержащего сырья углеводородов с высоким его содержанием.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что приспособления для непрерывной подачи катализатора и газовой смеси в активную зону реактора и приспособления для вывода полученной продукции и отработанных газов выполнены в виде закрытого герметичного бункера, шнекового питателя с патрубками для сброса газов и их рециркуляции, приемника продукта, газоанализатора, узла смешения газов, включающего датчики расхода газов, баллонов с газами.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что упомянутые мембранные фильтры выполнены на основе сверхтонких слоев палладия.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что температура активной зоны реактора составляет не менее 900°С.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что время прохождения катализатора через активную зону реактора выбирается от 30 до 60 мин.

11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что производительность установки по производству углеродных нанотрубок обеспечивается до 1 т в год.