Установка для получения фуллерена и фуллеренсодержащего материала
Предложение относится к физико-химическим и технологическим процессам термомодификации углеродсодержащих материалов и предназначено для получения фуллерена и фуллеренсодержащего материала на основе углерода и дополнительных ингредиентов. Технической задачей является существенная модернизация установки для получения фуллеренсодержащих композиций, увеличение производительности и расширение типов используемых материалов. Установка содержит корпус 1 с реакционной камерой 2, систему охлаждения 6, дополнительную камеру 8 и вторую дополнительную камеру 11, имеющих основное и вспомогательное оснащение для ведения процесса переработки углеродсодержащих материалов и дополнительных компонентов; процесс ведут при использовании инертного газа, частичном использовании кислорода и при воздействии на обрабатываемый материал акустическим полем, электрическим полем и магнитным полем от излучателей, соответственно, 14, 15 и 16; такое комплексное воздействие на перерабатываемый исходный материал: твердый, порошкообразный, аэрозольный и газообразный позволяет получать фуллерены, фуллеренсодержащие материалы, силурены и т.п. сложные композиционные материалы, что преобразовывает установку и ее техническое оснащение в многофункциональную техническую систему, работающую на всех видах углеродсодержащих материалов и их фазовых состояниях. Ил.2; Форм. 1 п.
Предложение относится к физико-технологическим процессам термодификации углеродсодержащих материалов и получения из них фуллерена и фуллеренсодержащих материалов.
В настоящее время широко известны методы и технические средства для получения таких материалов, наиболее представительным из которых является установка для получения фуллерена, содержащая корпус, размещенную в нем реакционную камеру, патрубки подачи исходных углеродсодержащих компонентов, токоподводы и патрубок отвода получаемого фуллеренсодержащего материала /US 5227038, 13.07.93; RU 2205790, 10.04.2001; JР 10045407, 17.02.1998./.
Существенными и очевидными недостатками таких технических решений является однотипность камер возгонки исходного материала и использование для процесса возгонки однотипного материала и однотипной энергии за счет камер разрядного типа, материала-твердого графита и энергии разряда электрического тока, что, как показала практика, ведет к низкой производительности всего процесса.
Наиболее близким по сущности и достигаемому техническому результату является техн. решение установки для получения фуллерена и фуллеренсодержащего материала, имеющая геометрический корпус и расположенную в нем реакционную камеру, емкость с инертным газом, узлы закрепления твердого углеродсодержащего материала, токоподводящие шины, систему охлаждения корпуса и камеры, магистраль отвода получаемого продукта (фуллеренсодержащего материала) /RU №2187456, С01В 31/00, 25.04.2000./.
Существенным недостатком этой установки является, как и аналогов, использования единой камеры и однотипного исходного углеродсодержащего материала, что приводит к значительным потерям самого исходного материала, потерям электроэнергии и низкой производительности процесса получения материала.
Технической задачей и технологическим результатом данного предложения является существенное усовершенствование установки для получения фуллерена и фуллеренсодержащих материалов для увеличения производительности, повышения степени выхода полезного продукта и расширение технологических возможностей за счет оригинального технического оснащения и возможности переработки одновременно разнотипных материалов, что ведет к повышению эффективности процесса.
Это достигается за счет конструкции установки, содержащей корпус, емкость с инертным газом (Не, Аг, Кг), реакционную камеру с узлами закрепления твердого углеродсодержащего материала, токоподводящие шины, систему охлаждения и магистраль отвода получаемого продукта (фуллеренсодержащего материала), при этом установка снабжена: дополнительной камерой, газоподающим компрессором, емкостью с кислородом, второй дополнительной камерой, имеющей узлы подачи дополнительных компонентов, агрегатом для разделения (фракционирования) получаемого фуллеренсодержащего материала, который (агрегат) оснащен: излучателем акустических волн, излучателем электрического поля, излучателем магнитного поля, при этом дополнительная камера соединена с реакционной камерой патрубком, в который врезан выходной патрубок газоподающего компрессора, соединенного своим заборным патрубком с емкостью, заполненной углеродсодержащим газом, а вторая дополнительная камера соединена с полостью реакционной камеры, а также соединена с магистралью отвода получаемого фуллеренсодержащего материала, которая, в свою очередь, соединена с агрегатом для разделения этого материала и выполнена в виде трубопровода, в стенку которого под острым углом по ходу движения отводимого фуллеренсодержащего материала врезан патрубок от дополнительного газоподающего компрессора, соединенного с источником инертного газа.
На фиг.1 показан общий вид описываемой установки;
на фиг.2 вид агрегата приема материала, из 1 установки.
Установка содержит корпус 1, в полости которого размещена реакционная камера 2; установка оснащена емкостью 3 с инертным газом (типа: Не или Аг, или Кг, или смесью этих газов).
Камера 2 имеет узлы 4 для закрепления твердого углеродсодержащего материала, имеет токоподводящие шины 5, также оснащена системой охлаждения 6 в виде проточной подачи жидкого хладагента, и имеет магистраль 7 для отвода получаемого фуллеренсодержащего продукта, Установка дополнительно снабжена следующими агрегатами; дополнительной камерой 8, газоподающим компрессором 9 для подачи инертного газа или углеродсодержащего газа; емкостью 10 с кислородом; второй дополнительной камерой 11, которая имеет узлы 12 подачи дополнительных компонентов в камеру 11; агрегатом 13 для разделения получаемого фуллеренсодержащего материала; этот агрегат 13 оснащен: излучателем 14 акустических волн, излучателем 15 электрического поля, излучателем 16 магнитного поля, предпочтительно - бегущего в круговом направлении для вращения заряженных частиц материала. Дополнительная камера 8 соединена с реакционной камерой 2 с помощью патрубка 17, в этот патрубок врезан выходной патрубок 18 газоподающего компрессора 9, соединенного своим заборным патрубком с емкостью 19, заполненной углеродсодержащим газом (метаном или бутаном, или пропаном и т.п.). Вторая дополнительная камера 11 соединена с полостью реакционной камеры 2, а, также соединена с магистралью 7 отвода получаемого фуллеренсодержащего продукта(материала), которая, в свою очередь, соединена с агрегатом 13, предназначенным для разделения этого материала, и выполнена в виде трубопровода, в стенку которого врезан под острым углом и по ходу движения отводимого материала патрубок 20 от дополнительного газоподающего компрессора 21, соединенного с источником инертного газа (Не, Кг, Аг, или смеси этих газов между собой в любом соотношении).
Установка для получения фуллерена и фуллеренсодержащего материала работает следующим образом. В узлах 4 закрепляют твердый углеродсодержащий материал, соединяют его клеммы с токоподводами 5, включают систему охлаждения 6, включают агрегат 13 и его рабочие узлы (как выше указано) 14, 15 и 16 для активации поступающего в него отводимого материала, в реакционную камеру 2 подают исходные углеродсодержащие материалы из камеры 8, емкости 10, поддерживая
режим возгонки материалов и их фазовые переходы в полости реакционной камеры (при низком, не более 3% содержании кислорода) и одновременной подаче инертного газа (3) и углеродсодержащего газа 19 с включением компрессора 9 установки; одновременно с этим на узлы 4 и закрепленный в них твердый углеродсодержащий материал по шинам 5 подают ток (порядка 150-200 А). Эти указанные условия создают в реакционной камере 2 контролируемый фазовый переход поданных ингредиентов в парогазовой состояние (по методу А.И.Плугина, Использование фазовых переходов вещества при получении и формировании фуллерена и фуллеренсодержащих материалов, СПб, 2002; а также RU №№:2279402, 15.09.2003.: 2227120, 5.02.2001; 2210537, 16.10.2001), при котором возможно точное и управляемое контролирования фуллеренообразования. Подача инертного газа 3 приводит к прохождению материала из полости камеры 2 в полость камеры 11, которая играет важную технологическую роль: в получаемые на молекулярном уровне фуллерены вводят дополнительный материал, который или сшивается с молекулами и кластерами фуллерена, или служит катализатором для дальнейшего соединения фуллерена с принимаемыми им материалами, или служит логичным по составу наполнителем. В качестве таких дополнительных материалов, вводимых в камеру II через узлы подачи 12 (фиг.1) служат пары органических, минеральных или металлических материалов (для операций сшивания); для катализаторов используют Ni/MgO; для наполнителей используют: силоксановые, полиамодоимидные полимеры, полиэлектролитные гидрогели и т.п. вещества по заданию).
Далее материал направляют по магистрали 7 в агрегат 13 (фиг.2) для фракционирования и разделения на составляющие фазы, для усиления потока по ходу магистрали (трубы) 7 от компрессора 21 подают инертный газ, а для управления фазоразделением и фракционированна поток материала воздействуют акустическим излучением (14) в ультразвуковом диапазоне волн (20-25 кГц), производят обработку электрическим полем (15), а также обрабатывают бегущим в круговом "М" направлении магнитным полем от излучателя 16.
Такая последовательная комплексная обработка поступающего в агрегат 13 потока материала позволяет придать ему однородность за счет диспергирования воздействием излучателя 14; обработать электрическим полем и создать вихревой циклонический поток излучателем 16, что и позволяет вести заданную технологию разделения потока на фракции и фазы, которые последовательно отводят из выходных отверстий (кольцевого сечения) 22 этого агрегата на прямое использование (или фуллерены, или фуллеренсодержащие материалы: с катализатором или с наполнителем, в рамках регламента).
Таким образом, созданная и экспериментально проверенная установка позволяет получать не только фракции фуллеренов (С 60, 70, 84), но и более сложные композиционные материалы для различных потребностей технологии фуллеренпотребляющего производства.
Установка для получения фуллерена и фуллеренсодержащего материала, содержащая корпус, емкость с инертным газом, реакционную камеру с узлами закрепления твердого углеродсодержащего материала, токоподводящие шины, систему охлаждения и магистраль отвода получаемого продукта, отличающаяся тем, что она снабжена: дополнительной камерой, газоподающим компрессором, емкостью с кислородом, второй дополнительной камерой, имеющей узлы подачи дополнительных компонентов, агрегатом для разделения получаемого фуллеренсодержащего материала, который оснащен: излучателем акустических волн, излучателем электрического поля, излучателем магнитного ноля, при этом дополнительная камера соединена с реакционной камерой патрубком, в который врезан выходной патрубок газоподающего компрессора, соединенного своим заборным патрубком с емкостью, заполненной углеродсодержащим газом, а вторая дополнительная камера соединена с полостью реакционной камеры, а также соединена с магистралью отвода получаемого фуллеренсодержащего материала, которая, в свою очередь, соединена с агрегатом для разделения этого материала и выполнена в виде трубопровода, в стенку которого под острым углом по ходу движения отводимого фуллеренсодержащего материала врезан патрубок от дополнительного газопадающего компрессора, соединенного с источником инертного газа.
