[实用新型]制备氮掺杂碳材料的系统

说明书

本实用新型公开了制备氮掺杂碳材料的系统，包括：混合溶解装置，其具有无机氮源入口、水入口和无机氮源水溶液出口；回转炉，其在沿其前端墙到后端墙的方向上斜向下设置，回转炉内设有可转动的炉膛，从回转炉的前端墙到后端墙的方向上，炉膛内依次限定出进料区、气化掺杂反应区和出料区，进料区与气化掺杂反应区之间设有第一挡板，气化掺杂反应区和出料区之间设有第二挡板，进料区设有碳材料入口，气化掺杂反应区设有无机氮源水溶液入口，出料区设有氮掺杂碳材料出口和尾气出口，无机氮源水溶液入口与无机氮源水溶液出口相连。该系统可显著提高掺杂源的利用效率，同时可实现氮掺杂和孔径调节的同步进行，且工艺成本较低。

技术领域

本实用新型属于碳材料掺杂改性领域，具体而言，本实用新型涉及制备氮掺杂碳材料的系统。

背景技术

现有的碳材料孔径调节装置多是通过水蒸气发生器将水蒸气通入反应器内与碳材料进行反应，实现孔径调节。而现有的碳材料掺杂装置多是借助气氛炉等热解装置，将掺杂源与碳材料混合热解，大量掺杂源在升温过程中分解并随尾气排出，导致掺杂源消耗利用效率低，且掺杂效果不好。也即在现有技术中，碳材料的孔径调节和掺杂都分别在各自的系统内单独进行。通常是先对碳材料进行孔径调节再进行氮掺杂。整个工艺复杂且成本较高，同时存在掺杂工艺氮源消耗量大、利用率低的问题。

因此，现有氮掺杂和孔径调节的技术有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种制备氮掺杂碳材料的系统。该系统可显著提高掺杂源的利用效率，同时可实现氮掺杂和孔径调节的同步进行，且工艺成本较低。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种制备氮掺杂碳材料的系统，根据本实用新型的实施例，该系统包括：

混合溶解装置，所述混合溶解装置具有无机氮源入口、水入口和无机氮源水溶液出口；

回转炉，所述回转炉在沿其前端墙到后端墙的方向上斜向下设置，所述回转炉内设有可转动的炉膛，从所述回转炉的所述前端墙到所述后端墙的方向上，所述炉膛内依次限定出进料区、气化掺杂反应区和出料区，所述进料区与所述气化掺杂反应区之间设有第一挡板，所述气化掺杂反应区和所述出料区之间设有第二挡板，所述进料区设有碳材料入口，所述气化掺杂反应区设有无机氮源水溶液入口，所述出料区设有氮掺杂碳材料出口和尾气出口，所述无机氮源水溶液入口与所述无机氮源水溶液出口相连。

根据本实用新型实施例的制备氮掺杂碳材料的系统，通过将溶于水的无机氮源与水混合后供给至回转炉中，在回转炉内，碳材料通过碳材料入口送至进料区，无机氮源水溶液通过无机氮源水溶液入口送至气化掺杂反应区，在高温下，无机氮源水溶液瞬间气化为含氮水蒸气，随着炉膛的转动，碳材料进入气化掺杂反应区，水蒸气与进入气化掺杂反应区的碳材料不断进行反应，随着反应时间的延长，碳材料不断产生微孔，原有微孔孔壁烧塌，孔径变大，比表面积变大，随着反应时间的进一步延长，孔壁互相穿通，孔径继续变大，比表面积开始降低。同时氮元素也不断的与碳材料进行掺杂反应，碳材料中的碳与无机氮源中的氮发生反应生成含C-N键和/或C＝N、C≡N的氮掺杂碳材料。由此，实现了氮掺杂与孔径调节的同步进行，相较于现有将氮掺杂与孔径调节分开单独进行的技术，本申请的技术方案可显著提高氮源的利用率和氮掺杂效果，降低氮源的消耗量，同时工艺简单、成本低。

另外，根据本实用新型上述实施例的制备氮掺杂碳材料的系统还可以具有如下附加的技术特征：

任选的，所述回转炉与水平面的夹角α为2～30度。由此，可以保证物料的顺行。

任选的，所述第一挡板和所述第二挡板垂直所述炉膛内壁布置。由此，可以保证物料在炉膛中的停留时间。

任选的，上述系统包括多个所述第一挡板，所述多个第一挡板沿所述炉膛的径向间隔设置在所述炉膛的内周壁上。由此，可以进一步保证物料在炉膛中的停留时间。