生物質(zhì)直接炭化制備炭素活性材料的微波高溫反應(yīng)爐裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生物化工領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)直接炭化制備炭素活性材料的微波高溫反應(yīng)爐裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高比表面積多孔碳材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。超級(jí)電容器是一種已商業(yè)化的高效儲(chǔ)能設(shè)施，為了提高其儲(chǔ)能效能，成為國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界研宄的熱點(diǎn)?；钚蕴坑捎谥苽涔に嚭?jiǎn)單成熟、成本較低，是最早用于超級(jí)電容器的電極材料，也是唯一實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用的超級(jí)電容器材料。超級(jí)電容器需要使用高性能炭素活性材料。
[0003]炭素活性材料的制備主要分為炭化與活化兩個(gè)階段。炭化就是含碳原材料在惰性氣氛中進(jìn)行熱分解，去除揮發(fā)性物質(zhì)同時(shí)形成有限孔隙的焦炭；活化的目的是擴(kuò)大原有的孔隙，同時(shí)創(chuàng)造新的孔隙，形成孔隙發(fā)達(dá)的多孔碳材料。
[0004]近年來(lái)，由于人們對(duì)資源枯竭和環(huán)境保護(hù)認(rèn)識(shí)的加深，利用可再生的植物資源為原料制備活性炭的研宄受到重視。由于微波加熱的快速、均勻等特點(diǎn)，微波加熱制備活性炭多見于科學(xué)研宄中。但是，目前報(bào)道的微波法制備活性炭的原料一般為高碳含量的化石資源，如優(yōu)質(zhì)褐煤(邢寶林等，材料導(dǎo)報(bào)B:研宄篇，2013，27 (9): 133-136)、無(wú)煙煤(莊凱等，炭素，2006，1:43-45，+22)、石油焦(劉永等，電子元件與材料，2010，29 (6): 28-30，+37)。中國(guó)發(fā)明專利報(bào)道了以無(wú)煙煤(CN103896269A)、石油焦或?yàn)r青(CN1970444A)為原料的微波法制備工業(yè)吸附用活性炭的方法。
[0005]如果用植物材料制備高性能活性炭，一般需要先將植物材料用電阻爐炭化后再以微波法進(jìn)行活化(莊凱，炭素，2009，3:38-41 ;張勇等，林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2007，27(4):87-91)。中國(guó)發(fā)明專利CN101397136A和CN1736859A分別采用椰殼和核桃殼先炭化，后經(jīng)微波活化的方法制備活性炭。采用這種兩步法，其炭化的過程并不是使用的微波加熱，其缺點(diǎn)是操作復(fù)雜、加熱炭化時(shí)間長(zhǎng)。
[0006]炭化和活化均采用微波加熱具有加熱時(shí)間短，制備效率高的特點(diǎn)，若想要用微波裝置直接炭化植物材料制備活性炭，目前理論上方法上可行，但是并沒有一套可行性好的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵撨^程中要保證連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間高溫，并要解決煙氣外排的問題。
[0007]現(xiàn)有的微波反應(yīng)爐進(jìn)行這樣的炭化活化實(shí)驗(yàn)需要間斷進(jìn)行，不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)高溫加熱。否則，容易損毀微波發(fā)射器的電子元件。所以導(dǎo)致制得活性炭的性能差，不能滿足超級(jí)電容器所用活性炭的需求。
[0008]現(xiàn)有的微波馬弗爐雖然能進(jìn)行高溫、連續(xù)加熱，但反應(yīng)時(shí)，由于整個(gè)爐體完全密封，生物質(zhì)炭化時(shí)產(chǎn)生大量的煙塵及焦油不能外排，影響植物材料在其中直接進(jìn)行炭化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型旨在提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)的直接炭化、高溫活化一體化且制得高性能炭素活性材料的微波高溫反應(yīng)爐裝置。
[0010]本實(shí)用新型解決問題的技術(shù)方案是:一種生物質(zhì)直接炭化制備炭素活性材料的微波高溫反應(yīng)爐裝置，包括微波馬弗爐，微波馬弗爐頂部開有通氣孔，微波馬弗爐爐腔內(nèi)設(shè)置有反應(yīng)器皿，反應(yīng)器皿為頂部設(shè)有開口，四周密封，內(nèi)設(shè)空腔的箱型結(jié)構(gòu)；爐腔內(nèi)其它空間填充有保溫設(shè)施；
[0011]還包括中空的回流管，所述回流管下端穿過微波馬弗爐頂部的通氣孔與反應(yīng)器皿頂部的開口連接，與反應(yīng)器皿內(nèi)腔連通；
[0012]所述回流管上端連接有蒸餾頭，該蒸餾頭包括豎直的主管，主管上分支設(shè)有支管，主管下端與回流管上端連接，主管上端通入惰性氣體；所述支管連接有冷凝裝置，冷凝裝置連接煙塵收集裝置；
[0013]所述反應(yīng)器皿與回流管的連接處，回流管與蒸餾頭的連接處，蒸餾頭與冷凝裝置的連接處均密封。
[0014]所述反應(yīng)器皿、蒸餾頭、回流管均為石英材質(zhì)。
[0015]所述反應(yīng)器皿的頂部開口，回流管的兩端口，蒸餾頭的各端口均采用磨口的方式進(jìn)行加工，各部件之間的連接處均通過磨口密封。
[0016]所述反應(yīng)器皿包括器皿本體，所述器皿本體為頂部敞開的半封閉式圓柱形器皿，器皿本體上配合設(shè)有上蓋，上蓋頂部設(shè)有圓柱管狀接口，上蓋與器皿本體結(jié)合處均采用磨口加工；
[0017]上蓋與器皿本體通過磨口密封后，圓柱管狀接口成為反應(yīng)器皿內(nèi)腔通向外界的唯一出口。
[0018]所述保溫設(shè)施為不吸收微波的高純度氧化鋁保溫桶，反應(yīng)器皿放置于保溫桶內(nèi)。
[0019]本實(shí)用新型對(duì)微波馬弗爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造。通過在其頂部開設(shè)通氣孔，并通過插入管道連接反應(yīng)器皿內(nèi)外，解決了生物質(zhì)高溫炭化活化時(shí)產(chǎn)生的煙塵及焦油外排問題；同時(shí)，微波馬弗爐本身也具有連續(xù)高溫加熱的功能，并配合保溫設(shè)施使石英反應(yīng)器皿長(zhǎng)時(shí)間保持高溫。
[0020]將傳統(tǒng)的玻璃材質(zhì)的反應(yīng)器皿改為石英反應(yīng)器皿，保證了長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)高溫加熱時(shí)的耐受性；
[0021]由于傳統(tǒng)的圓底燒瓶反應(yīng)器皿的球形結(jié)構(gòu)不能最大限度的利用爐腔及保溫桶的空間，本裝置重新設(shè)計(jì)了圓柱狀反應(yīng)器皿，使得反應(yīng)器皿體積最大化，能夠容納更多的生物質(zhì)，并且充分利用了爐腔空間。
[0022]本套裝置適合連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱，能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)的直接炭化、高溫活化一體化，所制成的炭素活性材料性能好，完全滿足超級(jí)電容器的需求。
【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0024]圖1為本實(shí)用新型的生物質(zhì)直接炭化制備炭素活性材料的微波高溫反應(yīng)爐裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本實(shí)用新型反應(yīng)器皿結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖中，1-蒸餾頭，2-回流管，3-反應(yīng)器皿，4-微波馬弗爐，5-冷凝裝置，6_煙塵收集裝置，7-保溫桶，11-主管，12-支管，31-器皿本體，32-上蓋，33-圓柱管狀接口。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1?2所示，一種生物質(zhì)直接炭化制備炭素活性材料的微波高溫反應(yīng)爐裝置，包括微波馬弗爐4，微波馬弗爐4頂部開有通氣孔，微波馬弗爐4爐腔內(nèi)設(shè)置有反應(yīng)器皿3，
[0028]所述反應(yīng)器皿3包括器皿本體31，所述器皿本體31為頂部敞開的半封閉式圓柱形器皿，器皿本體31上配合設(shè)有上蓋32，上蓋32頂部設(shè)有圓柱管狀接口 33，上蓋32與器皿本體31結(jié)合處均采用磨口加工；
[0029]上蓋32與器皿本體31通過磨口密封后，圓柱管狀接口 33成為反應(yīng)器皿3內(nèi)腔通向外界的唯一出口。
[0030]爐腔內(nèi)設(shè)有不吸收微波的高純度氧化鋁保溫桶7，反應(yīng)器皿放置于保溫桶7內(nèi)。
[0031]還包括中空的回流管2，所述回流管2下端穿過微波馬弗爐4頂部的通氣孔與反應(yīng)器皿3頂部的圓柱管狀接口 33連接，與反應(yīng)器皿3內(nèi)腔連通；
[0032]所述回流管2上端連接有蒸餾頭1，該蒸餾頭I包括豎直的主管11，主管11上分支設(shè)有支管12，主管11下端與回流管2上端連接，主管11上端通入惰性氣體；所述支管12連接有冷凝裝置5，冷凝裝置5連接煙塵收集裝置6 ；
[0033]所述反應(yīng)器皿3、蒸餾頭1、回流管2均為石英材質(zhì)。
[0034]所述反應(yīng)器皿3的頂部圓柱管狀接口 33，回流管2的兩端口，蒸餾頭I的各端口均采用磨口的方式進(jìn)行加工。
[0035]所述反應(yīng)器皿3與回流管2的連接處，回流管2與蒸餾頭I的連接處，蒸餾頭I與冷凝裝置5的連接處均通過磨口密封。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物質(zhì)直接炭化制備炭素活性材料的微波高溫反應(yīng)爐裝置，包括微波馬弗爐，其特征在于:所述微波馬弗爐頂部開有通氣孔，微波馬弗爐爐腔內(nèi)設(shè)置有反應(yīng)器皿，反應(yīng)器皿為頂部設(shè)有開口，四周密封，內(nèi)設(shè)空腔的箱型結(jié)構(gòu)；爐腔內(nèi)其它空間填充有保溫設(shè)施； 還包括中空的回流管，所述回流管下端穿過微波馬弗爐頂部的通氣孔與反應(yīng)器皿頂部的開口連接，與反應(yīng)器皿內(nèi)腔連通； 所述回流管上端連接有蒸餾頭，該蒸餾頭包括豎直的主管，主管上分支設(shè)有支管，主管下端與回流管上端連接，主管上端通入惰性氣體；所述支管連接有冷凝裝置，冷凝裝置連接煙塵收集裝置； 所述反應(yīng)器皿與回流管的連接處，回流管與蒸餾頭的連接處，蒸餾頭與冷凝裝置的連接處均密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波高溫反應(yīng)爐裝置，其特征在于:所述反應(yīng)器皿、蒸餾頭、回流管均為石英材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波高溫反應(yīng)爐裝置，其特征在于:所述反應(yīng)器皿的頂部開口，回流管的兩端口，蒸餾頭的各端口均采用磨口的方式進(jìn)行加工，各部件之間的連接處均通過磨口密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波高溫反應(yīng)爐裝置，其特征在于:所述反應(yīng)器皿包括器皿本體，所述器皿本體為頂部敞開的半封閉式圓柱形器皿，器皿本體上配合設(shè)有上蓋，上蓋頂部設(shè)有圓柱管狀接口，上蓋與器皿本體結(jié)合處均采用磨口加工； 上蓋與器皿本體通過磨口密封后，圓柱管狀接口成為反應(yīng)器皿內(nèi)腔通向外界的唯一出□ O
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波高溫反應(yīng)爐裝置，其特征在于:所述保溫設(shè)施為不吸收微波的高純度氧化鋁保溫桶，反應(yīng)器皿放置于保溫桶內(nèi)。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種生物質(zhì)直接炭化制備炭素活性材料的微波高溫反應(yīng)爐裝置，采用微波馬弗爐的頂部開設(shè)通氣孔，爐腔內(nèi)設(shè)置有反應(yīng)器皿；爐腔內(nèi)其它空間填充有保溫設(shè)施；還包括中空的回流管，回流管下端穿過馬弗爐頂部的通氣孔與反應(yīng)器皿頂部的開口連接，與反應(yīng)器皿內(nèi)腔連通；回流管上端連接有蒸餾頭，該蒸餾頭包括豎直的主管，主管上分支設(shè)有支管，主管下端與回流管上端連接，主管上端通入惰性氣體；支管連接有冷凝裝置，冷凝裝置連接煙塵收集裝置；反應(yīng)器皿與回流管的連接處，回流管與蒸餾頭的連接處，蒸餾頭與冷凝裝置的連接處均密封。該裝置適合長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱，能實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的直接炭化、高溫活化，適應(yīng)制備炭素活性材料的要求。
【IPC分類】C01B31-02
【公開號(hào)】CN204508816
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520170972
【發(fā)明人】謝镕安, 劉登友, 周智, 李志光, 董新榮, 林忠富, 王國(guó)慶
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)沙國(guó)容新能源有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日