Установка для одержання вуглецевих наноструктур

Установка для одержання вуглецевих наноструктур, що містить електророзрядний реактор, заповнений робочою органічною рідиною, генератор імпульсних струмів, бак-накопичувач, який 3 бочу рідину з фільтрувального пристрою до баканакопичувача, генератор імпульсних струмів. До причин, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату, треба віднести відсутність обладнання для обробки газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини, в результаті чого вуглець, що міститься в цьому газі, викидається (потрапляє) в атмосферу, це не дозволяє збільшити вихід вуглецевих наноструктур. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення установки для одержання вуглецевих наноструктур шляхом оснащення її обладнанням, що дозволить забезпечити піролітичне розкладання газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини, і за рахунок цього збільшити вихід вуглецевих наноструктур. Поставлена задача вирішується тим, що установка для одержання вуглецевих наноструктур, що містить електророзрядний реактор, заповнений робочою органічною рідиною, бак-накопичувач, який встановлений вище рівня електророзрядного реактора і з'єднаний з його підвідним патрубком, фільтрувальний пристрій, який з'єднаний з відвідним патрубком електророзрядного реактора, насос, що перекачує робочу рідину з фільтрувального пристрою до бака-накопичувача, генератор імпульсних струмів, згідно з корисною моделлю, оснащена нагрівальним елементом, розміщеним в термостійкому корпусі, місткістю для збору вуглецевих наноструктур, верхня частина якої з'єднана з нижньою частиною термостійкого корпусу, а нижня - трубопроводом відводу газу з верхньою частиною фільтрувального пристрою, водяним затвором, з'єднаним трубопроводом з термостійким корпусом та автотрансформатором, виводи якого з'єднані з нагрівальним елементом. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, необхідно відзначити таке. Ознаки "оснащена нагрівальним елементом, розміщеним в термостійкому корпусі, місткістю для збору вуглецевих наноструктур, верхня частина якої з'єднана з нижньою частиною термостійкого корпусу, а нижня - трубопроводом відводу газу з верхньою частиною фільтрувального пристрою, водяним затвором, з'єднаним трубопроводом з термостійким корпусом та автотрансформатором, виводи якого з'єднані з нагрівальним елементом" забезпечують піролітичне розкладання газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини, що дозволить збільшити в декілька разів вихід вуглецевих наноструктур. Конструктивне виконання установки дає змогу варіювати ступінь нагріву внутрішнього об'єму корпусу нагрівального елемента, що дозволяє оптимізувати процес піролітичного розкладання газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини. Корисна модель пояснюється кресленням, де зображено схему установки. Установка містить реактор 1, бак-накопичувач 2, фільтрувальний пристрій 3, насос 4, місткість для збору вуглецевих наноструктур 5, нагріваль 66524 4 ний елемент 6, розміщений у термостійкому корпусі 7, водяний затвор 8, джерело високої напруги 9 і автотрансформатор 10. Реактор 1 виконаний у вигляді циліндричного корпусу, який є негативним електродом, з днищем 11, кришкою 12 та позитивним електродом 13, робоча частина якого виконана у вигляді диска, що розміщений коаксіально всередині циліндричного корпусу. Підвідний патрубок 14 реактора розміщений на днищі 11, а відвідний патрубок 15 - на бічній поверхні циліндричного корпусу в верхній його частині. Бак-накопичувач 2 за допомогою крана 16, трубопроводу 17 та крана 18 з'єднаний з патрубком 14 реактора. Фільтрувальний пристрій 3 за допомогою трубопроводу 19 з'єднаний з відвідним патрубком 15 реактора, а за допомогою насоса 4 і трубопроводу 20 з'єднаний з баком-накопичувачем 2. Крім того, фільтрувальний пристрій 3 за допомогою трубопроводу 21 з'єднаний з місткістю для збирання нановуглецевих структур 5. Місткість 5 знизу приєднана до термостійкого корпусу 7, виготовленого, наприклад, з кварцової трубки, в якій розміщено нагрівальний елемент 6, наприклад ніхромова спіраль. Кінці нагрівального елемента 6 з'єднані дротами 22 з автотрансформатором 10. До термостійкого корпусу 7 зверху за допомогою трубопроводу 23 приєднаний водяний затвор 8. Електроди 1 і 13 за допомогою кабелів високої напруги 24 і 25 з'єднані з джерелом високої напруги 9, яке містить генератор імпульсних струмів (ГІС), імпульсний конденсатор (С), розрядник (Fv). Джерело високої напруги 9 забезпечує подачу імпульсів високої напруги на електроди електророзрядного реактора. Установка працює наступним чином: Бак-накопичувач 2, що знаходиться в верхній частині установки, заповнюють робочою органічною рідиною (наприклад гасом), відкривають крани 16, 18, робоча рідина самопливом по трубопроводу 17 через підвідний патрубок 14 потрапляє в електророзрядний реактор 1 і заповнює його до рівня відвідного патрубка 15. Через відвідний патрубок 15 по трубопроводу 19 робоча рідина потрапляє у фільтруючий пристрій 3, звідки за допомогою насоса 4 по трубопроводу 20 перекачується в бак-накопичувач 2. Після досягнення режиму рівномірного прокачування робочої рідини на електроди 13 і 1 від джерела 9 подають імпульси високої напруги, величина якої забезпечує пробій міжелектродного проміжку. Дія високих температур і тисків, що виникають в результаті електричного пробою робочої рідини, призводить до її деструкції та зародження кластерів вуглецю і утворення газу, що містить вуглець. При подальшому охолодженні і різкому зменшенні тиску, внаслідок розширення парогазової порожнини з кластерів вуглецю відбувається синтез (збірка) вуглецевих наноструктур (фулеренів, нанотрубок та ін.). Частоту посилань імпульсів вибирають з умов забезпечення формування вуглецевих наноструктур та їх видалення з зони обробки. Сформований вуглецевий матеріал, що містить наноструктури і газ, що утворився, потоком 5 робочої рідини витісняються через відвідний патрубок 15 та трубопровід 19 у фільтрувальний пристрій 3, де вони відділяються від робочої рідини. Твердий вуглецевий матеріал, що містить наноструктури, видаляють з фільтрувального пристрою та піддають подальшому очищенню і збагаченню. Фільтрат накопичується в нижній частині фільтрувального пристрою, звідки за допомогою насоса 4 по трубопроводу 20 подасться в бак-накопичувач 2 для подальшої обробки, а газ, що утворився, піднімається в верхню частину фільтрувального пристрою 3, звідки по трубопроводу 21 через місткість для збору вуглецевих наноструктур 5, внутрішній об'єм термостійкого корпусу 7 нагрівального елемента, по трубопроводу 23 потрапляє до водяного затвору 8. Після досягнення стабільного газовиділення в водяному затворі 8 з автотрансформатора 10 через дроти 22 подають необхідну напругу на кінці нагрівального елемента - ніхромової спіралі 6. Нагрівання ніхромової спіралі 6 забезпечує здійснення процесу піролітичного розкладання газу, що містить вуглець, на тверді вуглецеві наноструктури і водень, при цьому вуглецеві наноструктури осідають на дно місткості для збору вуглецевих наноструктур 5. Водень через трубопровід 23 і водяний затвор 8 виводиться зовні. В залежності від типу оброблюваної органічної рідини та, відповідно, від типу газу, що при цьому утворюється, за допомогою автотрансформатора 10 вибирається напруга, яка подається на кінці ніхромової спіралі, що дозволяє керувати ступенем нагрівання її поверхні та оптимізувати процес Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 66524 6 піролітичного розкладання газу. Вуглецевий матеріал, що містить наноструктури, при наповненні місткості для збору вуглецевих наноструктур 5 видаляють і піддають подальшому збагаченню. Використання установки, що заявляється, дає змогу збільшити в декілька разів вихід вуглецевих наноструктур. Для підтвердження збільшення виходу вуглецевих наноструктур при використанні установки, що заявляється, був проведений порівняльний експеримент. Результати експерименту наведено в таблиці: Перехід вуглеУстановка вугКільРобоча цю робочої лецевих для кість органічна рідини в наносодержання нарозрярідина труктурний ноструктур дів стан, % Прототип гексан 1500 24 Установка, що гексан 1 500 73 заявляється Результати експерименту підтверджують зростання ефективності одержання вуглецевих наноструктур за допомогою установки, що заявляється. Таким чином, установка, що заявляться, дозволить забезпечити піролітичне розкладання газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини і за рахунок цього збільшити в декілька разів вихід вуглецевих наноструктур. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601