Установка для получения фуллеренсодержащих материалов

Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) и производства фильтрующих элементов на их основе, используемых для очистки различных жидких сред. Установка содержит рабочую реакционную камеру 1 с реакционной полостью 2; оснащена энергетическим устройством в виде плазмотрона 3, подающим в камеру струю плазмы инертного газа, ориентированную тангенциально; бункеры 4 и 5 с исходным углеродсодержащим материалом (УСМ), источник углеродсодержащего газа (CH₄) и источник инертного газа 6 (He, Ar, Kr), и компрессор 7 для подачи УСМ в виде аэрозоля. Камера 1 в ее полости 2 имеет криволинейный отражатель 8 массы ФСМ, переходящий (фиг.1, 3, 4) в трубчатую магистраль 9, выход 10 этой магистрали имеет патрубки отвода фракций ФСМ 11, 12, 13 и 14, при этом магистраль 10 (фиг.5) оснащена излучателем электронов 15, излучателем переменного магнитного поля 16 и патрубками 17, врезанными под углом и по касательной в стенку по ходу потока ФСМ; дополнительно излучатели магнитного поля 18, 19, 20 размещены в патрубках отвода ФСМ. Такое выполнение установки делает ее универсальной в использовании любых УСМ при одновременном фракционировании ФСМ, применяемых при изготовлении фильтров (фиг.6...11) различных моделей и функциональных назначений. Ил. - 11; форм. 4 п.

Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) и производства фильтрующих элементов на их основе, используемых для очистки различных жидких сред.

Современные технологии получения ФСМ основаны на использовании углеродсодержащих материалов (УСМ) и переработке их в установках, содержащих основные конструктивные элементы: корпус, рабочую реакционную камеру, источник тепловой энергии, контейнеры с исходными УСМ, источник инертного газа, магистраль подачи, отвода переработанного материала, узел упаковки ФСМ [US 5227038, 1993; US 5994410, 1999; JP 1004507, 1998; RU 2057074, 1994; RU 2327518, 2005; RU 2206500, C01B 31/02, 2003].

Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по сущности и достигаемому технологическому результату.

Существенным недостатком аналогов и указанного прототипа является цикличность работы установки, где осуществляется только единственная операция - тепловая обработка УСМ. Для экстракции ФСМ используются дополнительные агрегаты с системой жидкостного разделения (толуол, бензол, ксилол и т.п.) с процессами выпаривания, осаждения выделения. Это приводит к многоступенчатой схеме получения ФСМ, ведет к потере свойств и снижению качества получаемых материалов, как фуллерена, так и композиционных систем на его основе; кроме этого резко повышается себестоимость продукта.

Технической задачей и технологическим результатом предложения является существенное расширение технологических возможностей установки для получения ФСМ, при котором сохраняют свойства этого материала (какими они получены), повышают качество отдельных фракций и их реакционную активность при составлении композиционных систем, в частности, при изготовлении фильтрующих элементов для обработки и очистки жидких сред; при высоких температурах режимов обработки и при использовании в фильтрующих элементах металлических и полимерных материалов, требующих согласованной сбалансированной работы ФСМ с конструкционными включениями в эти элементы, в т.ч. на механические нагрузки, на устойчивость к резким колебаниям температур.

Указанная техническая задача и технологический результат достигается за счет того, что установка для получения фуллеренсодержащих материалов содержит рабочую реакционную камеру, энергетическое устройство для создания высокотемпературного поля в полости реакционной камеры, источники подачи исходного углеродсодержащего материала и инертного газа, магистрали отвода продуктов переработки из полости реакционной камеры, при этом ее рабочая реакционная камера оснащена рассекателем и криволинейным отражателем массы перерабатываемого материала, переходящим в трубчатую магистраль, свернутую в виде спирали, выход этой трубчатой магистрали, имеющий патрубки отвода фракций, оснащен излучателем электронов и излучателем переменного магнитного поля, а также имеет, врезанные в его стенку по касательной и ориентированные вдоль потока отводимого материала, патрубки подачи газа.

Установка характеризуется тем, что патрубки отвода фракций материала дополнительно оснащены излучателями переменного магнитного поля.

Установка характеризуется и тем, что в качестве исходного материала используют композицию в виде аэрозоля в углеродсодержащем газе.

Установка перспективна за счет того, что в качестве энергетического устройства используют плазматрон с тангенциально ориентированной в реакционную камеру струей инертного плазмообразующего газа.

Установка для получения ФСМ раскрывается на прилагаемых чертежах, где:

на фиг.1 показан ее общий вид;

на фиг.2 - сечение по I-I на фиг.1;

на фиг.3 - поперечный разрез на фиг.2;

на фиг.4 - сечение по II-II на фиг.3;

на фиг.5 - узел А на фиг.4 - деталь магистрали;

на фиг.6, 7, 8, 9, 10 и 11 приведены принципиальные конструкции фильтрующих элементов, использующих в своей основе ФСМ и предназначенные для обработки и очистки различных жидких сред: сложных углеводородов, солевых растворов, биологических сред, сточных жидкостей, включая тонкую и сверхтонкую очистку.

Указанная многофункциональность установки и получаемых ФСМ достигнута благодаря тому, что установка содержит рабочую реакционную камеру 1 с реакционной полостью 2; оснащена энергетическим устройством в виде плазмотрона 3, подающим в камеру струю плазмы инертного газа, ориентированную тангенциально; бункеры 4 и 5 с исходным углеродсодержащим материалом (УСМ), источник углеродсодержащего газа (CH₄) и источник инертного газа 6 (He, Ar, Kr), и компрессор 7 для подачи УСМ в виде аэрозоля. Камера 1 в ее полости 2 имеет криволинейный отражатель с рассекателем 8 массы ФСМ, переходящий (фиг.1, 3, 4) в трубчатую магистраль 9, выход 10 этой магистрали имеет патрубки отвода фракций ФСМ 11, 12, 13 и 14, при этом магистраль 10 (фиг.5) оснащена излучателем электронов 15, излучателем переменного магнитного поля 16 и патрубками 17, врезанными под углом и по касательной в стенку по ходу потока ФСМ; дополнительно излучатели магнитного поля 18, 19, 20 размещены в патрубках отвода ФСМ.

Такое выполнение установки делает ее универсальной в использовании любых УСМ при одновременном фракционировании ФСМ, применяемых при изготовлении фильтров (фиг.6...11) различных моделей и функциональных назначений: индивидуальных, промышленных и специальных (фиг.10, 11) для биоактивных жидкостей.

Работа установки осуществляется следующим образом. В реакционную камеру 2 подают струю плазмотрона 3, в эту струю вводят исходный УСМ из бункеров 4, 5, эжектируя эти материалы с помощью струй газа, подаваемого из баллона 6, где в одном баллоне газ типа Ar, в другом - CH₄, формируемая с помощью газа аэрозоль подвергается возгонке и фазовым преобразованиям, которым способствуют конструкции криволинейного рассекателя потока и отражателя 8. Обработанный исходный УСМ поступает в потоке газа в трубчатую магистраль 9, постепенно остывая и завершая формирование молекул и кластеров ФСМ, поступает в выход 10 магистрали 9, где активно обрабатывается указанными излучателями 15 и 16 (фиг.5) и ориентируется потоком газа, подаваемого по патрубкам 17, поступая далее в патрубки отвода 11-14, где в патрубках 12-14 дополнительно обрабатывается излучателями 18, 19, 20.

Полученный материал используют для фильтрующих элементов или методом прессования (фиг.6-9), или гранулированным наполнением (фиг.10, 11), при этом выбирая размеры фильтрующих элементов: Н, L, h, G в соответствии с физико-химическими данными той жидкой среды, которую необходимо подвергнуть процессу обработки, очистки, насыщению и т.п. операциям.

Таким образом, как это показано выше, установка является практически универсальной и перспективной по конструкции и применению.

1. Установка для получения фуллеренсодержащих материалов, содержащая рабочую реакционную камеру, энергетическое устройство для создания высокотемпературного поля в полости реакционной камеры, источники подачи исходного углеродсодержащего материала и инертного газа, магистрали отвода продуктов переработки из полости реакционной камеры, отличающаяся тем, что рабочая реакционная камера оснащена криволинейным отражателем массы перерабатываемого материала, переходящим в трубчатую магистраль, свернутую в виде спирали, выход этой трубчатой магистрали, имеющий патрубки отвода фракций, оснащен излучателем электронов и излучателем переменного магнитного поля, а также имеет врезанные в его стенку по касательной и ориентированные вдоль потока отводимого материала патрубки подачи газа.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что патрубки отвода фракций материала дополнительно оснащены излучателями переменного магнитного поля.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве исходного материала используют композицию в виде аэрозоля.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве энергетического устройства используют плазматрон с тангенциально ориентированной в реакционную камеру струей инертного плазмообразующего газа.