[發明專利]可控火焰且對稱分布的燃燒器及其合成碳納米管的方法

有效

• 申請號: 202210018581.6
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114162806B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 劉遠超;鐘建斌;劉新昊;李梓碩
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: C01B32/16
• 分類號: C01B32/16;C01B32/159
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

1.一種可控火焰且對稱分布的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器包括內側圓筒和外層圓筒，分成四個反應合成區(5)、四個燃燒室(4)、四個冷卻室(6)，設有碳納米管取樣區(1)、燃料噴槍(7)、冷劑管道(3)、碳源管道(8)；

所述的四個燃燒室(4)緊靠外層圓筒壁(2)且對稱布置，每個燃燒室(4)都是橫截面積為“紡錘形”的空心直筒；

所述的四個冷卻室(6)是由內層圓筒均分而成的四個四分之一的圓筒；

所述的四個合成反應區(5)是由內層圓筒與和四個燃燒室(4)隔出來的橫截面積為“類三角形”的四個空心直筒，且每個反應合成區(5)均被相鄰的兩個燃燒室(4)和一個冷卻室(6)包圍；

整個燃燒器為橫截面積是相互對稱的“花瓣形”的直筒空心結構；

所述燃燒器的內、外層圓筒出口平齊，所述的四個合成反應區(5)和四個燃燒室(4)的上部出口均為所述碳納米管取樣區(1)；

所述的四個冷卻室(6)相互獨立隔離，其兩端設有單獨的所述冷劑管道(3)，冷卻形式采用空冷和/或水冷；

所述四個燃燒室(4)在所述外層圓筒壁(2)上分別布置了所述燃料噴槍(7)；

所述的四個反應合成區(5)的下端分別設有碳源管道(8)。

2.一種權利要求1所述的可控火焰且對稱分布的燃燒器合成碳納米管的方法，其特征在于，包括步驟：

將預混氣體通過四個燃料噴槍通入到四個燃燒室，經點火燃燒后，產生對稱的穩定火焰，同時向四個反應合成區提供碳納米管合成所必需的穩定高溫熱源，同時產生部分碳納米管；

向四個反應合成區中通入預混后的反應混合氣體、惰性氣體和納米催化劑顆粒，提供碳納米管合成所必需的穩定的碳源氣體和納米催化劑顆粒，碳源氣體在高溫下會發生裂解反應，產生游離態的活性碳原子，在惰性氣體的保護下，與納米催化劑顆粒迅速結合，成為碳納米管的生長核心并且不斷生長，最終形成碳納米管；

碳原子的沉積或碳納米管成核過程需要的過冷條件，在同時協調控制燃料噴槍流量的同時，還利用冷卻區采用不同的冷卻方式和及控制冷劑流量來降四個反應合成區內的溫度，形成可控火焰，保證碳納米管在最優的溫度條件下合成，促使碳納米管快速成核，并促進其生長，生成具有完整結構的碳納米管。

3.根據權利要求2所述的合成碳納米管的方法，其特征在于，所述預混氣體為甲烷、乙烯、乙炔、液化石油氣與空氣或氧氣的預混氣體，或為霧化的液體燃料與空氣或氧氣的預混氣體；

所述碳源氣體為一氧化碳或乙炔、乙烷、乙烯與氫氣；所述惰性氣體為氬或氦；所述納米催化劑顆粒為過渡期鐵、鎳或鈷元素的金屬催化劑顆粒。

4.根據權利要求3所述的合成碳納米管的方法，其特征在于，所述燃燒室中的燃燒溫度在550℃～1250℃之間。

5.根據權利要求4所述合成碳納米管的方法，其特征在于，采用的取樣工具為金屬探針或金屬平面基板或金屬球面基板或金屬絲網。