[發明專利]混合等離子體技術裂解有機化合物制備納米導電炭的方法

有效

• 申請號: 201310170018.1
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN103241726A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 唐蘭;黃海濤;黎清薦;趙礦美;郝海清;王歡;王云鶴
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市越秀區海心聯合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 馬麗麗

技術領域

本發明涉及一種高效利用廢棄固體有機化合物制備純凈納米級低阻值導電炭的方法，特別是指一種結合混合等離子體技術制備納米導電炭的方法。導電炭具有很好的導電性能，其成品具有導電或防靜電作用，廣泛應用于防靜電產品和導電產品。

背景技術

有機固體廢棄物包括城市生活垃圾、農業生產廢棄物和部分工業廢棄物。隨著我國經濟的飛速發展和人民生活水平的提高，有機廢棄物的產生總量也與日俱增。大量的有機廢棄物引發了嚴重的生態環境問題。如何高效回收利用這一大量增加的資源是亟需解決的問題。

導電炭具有導電性能，高結構性質，聚集體不規則且尺寸非常小（納米級），與其他物料混煉均勻容易等特點，可在絕緣體（如塑料）中形成立體網狀結構導電通路，使絕緣體產品在導電炭的作用下具有了導電功能，從而使得絕緣體材料具有防靜電和導電能力。有效的增加產品的使用性能和范圍，如用導電的塑料管材取代了以鋼鐵管道為通道的礦井通風管道，利用塑料的耐老化，可導出靜電，操作容易等優點。另外，導電炭還具有粒徑小，結構高，表面純凈，粗糙多孔且空心膠囊狀等特點，可有效在絕緣體中形成立體網狀結構，有效提高導電性。導電炭應用于橡膠，塑料，涂料等行業，可起到良好的防靜電作用，避免電荷積造成放電，影響生產安全。導電炭是所有的導電填料中效果最好，成本最低，最不容易引起產品物理性能變壞的產品。傳統制備炭黑的方法可以分為槽法和爐法。傳統方法生產炭黑不僅過程耗能高、污染多，而且所生成炭黑性能不高。利用等離子體技術制備炭黑能極大的改善產品性能，并降低污染程度。

等離子體是被激發的電離氣體，當外加電壓達到氣體的著火電壓時，氣體分子被擊穿，產生包括電子、各種離子、原子和自由基在內的混合體。等離子體總體呈電中性，并具有導電性。根據溫度、電子密度的不同，等離子體可以分為高溫等離子體和低溫等離子體。高溫等離子體各種粒子熱力學溫度統一，達到熱力學平衡狀態。實驗室和工業設備一般采用低溫等離子體，在低溫等離子體中，按重粒子溫度水平又分為：（1）熱等離子體。它具有統一的熱力學溫度，基本達到熱力學平衡；（2）冷等離子體。重粒子溫度接近室溫，而電子溫度卻可以達到上萬度，遠離熱力學平衡狀態。熱等離子體能夠提供能量集中，溫度很高的反應環境，能大幅提高物質的化學活性，產生其他反應體系中無法發生的化學反應。因此，等離子體技術被廣泛應用于化工、材料、冶金、電子、能源等領域。

根據固體有機廢棄物在等離子體中的熱解過程，熱解產物可燃氣體產物與固體產物，固體產物一般由三部分組成：無機物氧化形成的灰分、未完全反應的固體物料、氣體產物二次裂解的產物，其中氣體產物二次裂解的產物即為納米導電炭黑，但是由于與無機物氧化形成的灰分、未完全反應的固體物料混在一起，導致回收利用困難。

利用直流電弧等離子體處理固體有機廢棄物的技術可見于中國專利01129931和02250661等，利用高頻等離子體處理固體有機廢棄物的技術可見于中國專利93102963，中國專利CN1297781C，中國專利ZL200810025606.5等等，但是，上述專利方法所述利用等離子體技術處理固體有機廢棄物側重于回收可燃氣體產物，對固體產物較少提及；另外中國專利一種等離子體技術制備導電炭和氫氣的方法（201010570793.2）公開了一種低成本、高分散性和高導電性導電炭和氫氣的制備方法，但其利用的是低溫冷等離子體，受此局限，其主要以氣態或可氣化的碳氫化合物作為原料，不能直接利用固態的有機化合物。

發明內容

鑒于現有技術存在上述不足，本發明的目的是克服現有技術的局限性，提供一種混合等離子體技術裂解有機化合物制備納米導電炭的方法；該方法具有良好的運行穩定性和連續性，能夠利用氣態、液態碳氫化合物、還能利用固態的粉末、大顆粒或塊狀固體有機化合物物料，制備粒徑達到納米級高性能導電炭，同時還能夠高效率地獲得有價值的可燃氣。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種混合等離子體技術裂解有機化合物制備納米導電炭的方法，包括以下步驟：

1）開啟氮氣，為等離子體發生提供工作氣體；

2）形成裂解第一反應區：啟動直流電弧等離子體電源，通過直流電弧等離子體電源與直流電弧等離子體發生器產生直流電弧等離子體，形成直流電弧等離子體熱解反應區；

3）形成裂解第二反應區：啟動高頻電源，調節電源匹配器，通過高頻等離子體電源及感應電極產生高頻等離子體，形成高頻等離子體熱解反應區；

4）原料進入裂解第一反應區，在直流電弧等離子體作用下進行熱解并循環流動；