[发明专利]以可燃固废为固态碳源制备定向碳纳米管阵列的装置及方法

说明书

本发明提供了一种以可燃固废为固态碳源制备定向碳纳米管阵列的装置及方法，将可燃固废利用水辅助化学气相沉积法制备得到气相碳源，将步骤a制备的气相碳源作为碳源前驱体，利用等离子体发射器和和蒸汽发生器，在750℃‑900℃的生长温度下制备定向碳纳米管阵列。本发明通过利用价格低廉的固体干垃圾获得碳源和有助于提高制碳纳米管阵列纯度的氢气，在较低成本下获得高纯度高产量的定向碳纳米管阵列，进一步提高了制备定向碳纳米管阵列的经济性，解决制备定向碳纳米管阵列成本过高的问题。

技术领域

本发明涉及碳纳米管制备领域，具体涉及一种以可燃固废为固态碳源制备定向碳纳米管阵列的装置及方法。

背景技术

碳纳米管是一种由石墨烯片卷成的无缝中空纳米级管体，其具有优异的力学、热学及电学、场发射、吸附、化学性质。碳纳米管应用领域非常广阔，例如，它可用于作为锂离子电池和超级电容器的电极材料、热界面材料、薄膜晶体管以及场发射冷阴极材料等等。

随着我国社会经济的高速发展，人们生产、生活中产生大量的有机固体废弃物，已经逐渐衍化为“垃圾围城”危机。为了应对此类危机，上海市生活垃圾按照可回收物、有害垃圾、湿垃圾、干垃圾标准分类。在干垃圾中主要可燃组分主要包括塑料、纸张、织物、木料类废弃物几大类，可通过水蒸气两段法气化催化重整制备在潜力巨大的零污染清洁燃料氢气。其中塑料废弃物，其“干基”热值为32～44MJ/kg；纸张废弃物，其“干基”热值为15～17MJ/kg；纺织废弃物，其“干基”热值为17～22MJ/kg；木料的其“干基”热值为17～19MJ/kg。

减少垃圾污染，最有效的方法是提高固体废弃物的回收率、增加固体废弃物资源化利用价值。垃圾分类，分类后垃圾主要组分，固体废弃物可通过物理化学回收、热化学利用等转化为高品质的化工原料，从而实现固体废弃物的清洁、高效回收利用。

化学气相沉积法通过热过程分解碳源，碳沉积到催化剂表面，在催化剂作用下排列形成结构规则的纳米管，工艺不仅在低温下合成形态好、杂质少的碳纳米管，而且可以实现低成本的工业化生产。

但目前制备碳纳米管所使用的原料气多为一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、二甲苯及其混合物等，多使用钢瓶气等气态碳源。从制备成本上比较钢瓶气和可燃固废，前者的制备成本更高。目前，国内外制备碳纳米管的主要合成方法有电弧放电法、激光消融法和化学气相沉积法等。相较电弧法和激光法合成的产物中无定形碳等杂质较少，碳纳米管的石墨化程度也较高，但是产率很低，且合成温度高。电弧法和激光法制备出的碳纳米管虽具有高产量和较好的吸附性，但碳纳米管与基体结合不牢固，且取向的一致性不好，不是完全取向，因而其应用受到一定限制。

水辅助化学气相沉积（WACVD）法和等离子化学气相沉积（PECVD）法在制备定向碳纳米管阵列方面均有所应用，但目前并没有合适的反应装置将两者结合起来，目前技术所用原料气仍为钢瓶气，制备成本较高，且尾气直接排放或燃烧，造成了污染和浪费。

目前有以废塑料为固体碳源化学气相沉积法制备碳纳米管的技术，且在制备碳纳米管的同时催化重整制备富氢合成气，但碳纳米管生长形态杂乱，限制了碳纳米管的进一步应用价值。

发明内容

本发明提出了一种以可燃固废为固态碳源制备定向碳纳米管阵列的装置及方法，解决了目前水辅助化学气相沉积和等离子化学气相沉积结合，缺少反应装置的问题，同时产生富氢合成气。

实现本发明的技术方案是：

以可燃固废为固态碳源制备定向碳纳米管阵列的方法，步骤如下：

a、将可燃固废利用水辅助化学气相沉积法制备得到气相碳源；

制备气相碳源时，通过调整螺旋进料器进料速度、电机转速、反应炉热解温度控制气相碳源的生成浓度，使用尾料罐装载灰渣；通过调整进料速度、电机转速反应炉热解温度控制气相碳源的生成速率；