Патент на изобретение №2321536

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СОРБЦИОННОЙ ЕМКОСТИ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

(57) Реферат:

Изобретение относится к области изготовления и обработки углеродных наноструктур и предназначено для термохимической активации поверхности углеродных нанотрубок для увеличения их сорбционной емкости. Сущность изобретения: устройство для увеличения сорбционной емкости углеродных нанотрубок состоит из стального корпуса с рабочей камерой, внутри которой установлен цилиндрический графитовый нагреватель, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров, верхние торцы которых соединены между собой и внешний цилиндр в нижней части соединен с токовводами, и окруженного графитовыми экранами и слоем теплоизоляции, а также перемещающегося внутри нагревателя вертикального штока, на котором крепится двухкамерный графитовый контейнер, состоящий из стакана, в который загружается сульфид цинка, перегородки с углеродными нанотрубками и герметизирующей крышки. Пары сульфида цинка из стакана проходят через стенки перегородки контейнера и углеродные нанотрубки к более холодным элементам устройства. В результате поверхность углеродных нанотрубок активируется проходящими парами сульфида цинка посредством химической реакции. 3 ил.

Изобретение относится к области изготовления и обработки углеродных наноструктур. Углеродные нанотрубки – это материал, применяемый в системах хранения водорода, основной характеристикой которого является сорбционная емкость по водороду. Одним из методов повышения сорбционной емкости является термохимическая активация поверхности углеродных нанотрубок.

Известно устройство, предназначенное для работы с углеродными нанотрубками при высоких температурах [L.Ci, H.Zhu, В.Wei, С.Xu, D.Wu. Annealing amorphous carbon nanotubes for their application in hydrogen storage. Applied Surface Science, 2003, v.205, p.39-43.] – прототип, включающее высокотемпературную герметичную камеру, внутри которой при температурах 1700-2200°С в потоке аргона отжигаются углеродные нанотрубки. Основным недостатком данной конструкции является невозможность термохимической активации поверхности углеродных нанотрубок в парах сульфида цинка, так как это устройство предназначено только для термодиффузионной модификации углеродных нанотрубок.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении сорбционной емкости углеродных нанотрубок методом термохимической активации в парах сульфида цинка.

Для достижения технического результата предлагается устройство, состоящее из стального корпуса с рабочей камерой, внутри которой установлен цилиндрический графитовый нагреватель, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров, верхние торцы которых соединены между собой и внешний цилиндр в нижней части соединен с токовводами, и окруженного графитовыми экранами и слоем теплоизоляции и перемещающегося внутри нагревателя вертикального штока, на который крепится двухкамерный графитовый контейнер, состоящий из трех частей: стакана, в который помещают навеску сульфида цинка, перегородки с углеродными нанотрубками и герметичной крышкой. Поверхность углеродных нанотрубок активируется проходящими парами сульфида цинка посредством химической реакции.

Устройство поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 показана схема устройства для увеличения сорбционной емкости углеродных нанотрубок.

На фиг.2 – схема двухкамерного контейнера.

На фиг.3 – фотография двухкамерного контейнера.

На чертеже (фиг.1) изображен общий вид устройства с двухкамерным контейнером (механизм перемещения штока 6 не показан). Устройство имеет двухкамерный контейнер 4 с загрузкой сульфида цинка в стакане 1, перегородкой 2 с углеродными нанотрубками и герметичной крышкой 3; тепловые экраны 5; шток 6; станину 7; нагреватель 8; токовводы 9; водоохлаждаемый металлический колпак 10.

Технический результат при использовании настоящего устройства достигается за счет того, что графит – пористый материал и частично проницаем для паров сульфида цинка при высоких температурах. Загрузка сульфида цинка помещается в стакан 1 (фиг.2, 3), накрывается перегородкой 2 с углеродными нанотрубками и герметизируется крышкой 3, как показано на сборке 4. В результате выдержки при 1500-1600°С в течение нескольких часов под давлением аргона поверхность углеродных нанотрубок взаимодействует с проходящими парами цинка и серы с потерей массы навески углеродных нанотрубок до 8% (мас.). Навеска сульфида цинка испаряется из стакана полностью. Отсутствие микроскопических количеств сульфида цинка на поверхности активированных углеродных нанотрубок подтверждается рентгеновским спектральным микроанализом с помощью аналитической системы “JXA-Link-AN 10000”.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом: загрузка сульфида цинка помещается в стакан 1 двухкамерного контейнера, накрывается перегородкой 2 с углеродными нанотрубками и герметизируется крышкой 3, после чего двухкамерный контейнер с углеродными нанотрубками и сульфидом цинка крепят на штоке 6 в тепловой зоне нагревателя 8. Печь герметизируют и заполняют аргоном, затем осуществляют нагрев до требуемой температуры и выдерживают в течение нескольких часов, после чего нагрев выключают и вынимают контейнер с активированными углеродными нанотрубками. В тепловом поле с градиентом температуры пары сульфида цинка проходят через стенки контейнера и навеску углеродных нанотрубок к более холодным элементам устройства. В результате поверхность углеродных нанотрубок активируется проходящими парами сульфида цинка посредством химической реакции:

где С_(УНТ) – углеродные нанотрубки; ZnS_(V) – пары сульфида цинка; Zn_(V) – пары цинка; C_(УНТ-А) – активированные углеродные нанотрубки.

Формула изобретения

Устройство для увеличения сорбционной емкости углеродных нанотрубок, состоящее из стального корпуса с рабочей камерой, внутри которой установлен цилиндрический графитовый нагреватель, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров, верхние торцы которых соединены между собой и внешний цилиндр в нижней части соединен с токовводами, и окруженного графитовыми экранами и слоем теплоизоляции и перемещающегося внутри нагревателя вертикального штока, на котором крепится двухкамерный графитовый контейнер, состоящий из стакана, в который загружается сульфид цинка, перегородки с углеродными нанотрубками и герметизирующей крышки.

РИСУНКИ