生物質(zhì)直接炭化制備炭素活性材料的微波高溫反應爐裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于生物化工領域，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爐裝置。
【背景技術】
[0002]高比表面積多孔碳材料在儲能領域具有廣泛應用。超級電容器是一種已商業(yè)化的高效儲能設施，為了提高其儲能效能，成為國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界和學術界研宄的熱點?；钚蕴坑捎谥苽涔に嚭唵纬墒?、成本較低，是最早用于超級電容器的電極材料，也是唯一實現(xiàn)了商業(yè)化應用的超級電容器材料。超級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階段。炭化就是含碳原材料在惰性氣氛中進行熱分解，去除揮發(fā)性物質(zhì)同時形成有限孔隙的焦炭；活化的目的是擴大原有的孔隙，同時創(chuàng)造新的孔隙，形成孔隙發(fā)達的多孔碳材料。
[0004]近年來，由于人們對資源枯竭和環(huán)境保護認識的加深，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，微波加熱制備活性炭多見于科學研宄中。但是，目前報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，材料導報B:研宄篇，2013，27 (9): 133-136)、無煙煤(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)。中國發(fā)明專利報道了以無煙煤(CN103896269A)、石油焦或瀝青(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行活化(莊凱，炭素，2009，3:38-41 ;張勇等，林產(chǎn)化學與工業(yè)，2007，27(4):87-91)。中國發(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，其缺點是操作復雜、加熱炭化時間長。
[0006]炭化和活化均采用微波加熱具有加熱時間短，制備效率高的特點，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實現(xiàn)，因為該過程中要保證連續(xù)長時間高溫，并要解決煙氣外排的問題。
[0007]現(xiàn)有的微波反應爐進行這樣的炭化活化實驗需要間斷進行，不能長時間連續(xù)高溫加熱。否則，容易損毀微波發(fā)射器的電子元件。所以導致制得活性炭的性能差，不能滿足超級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行高溫、連續(xù)加熱，但反應時，由于整個爐體完全密封，生物質(zhì)炭化時產(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行炭化。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]針對上述問題，本實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爐裝置。
[0010]本實用新型解決問題的技術方案是: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)設置有反應器皿，反應器皿為頂部設有開口，四周密封，內(nèi)設空腔的箱型結(jié)構(gòu)；爐腔內(nèi)其它空間填充有保溫設施；
[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器皿頂部的開口連接，與反應器皿內(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]所述反應器皿、蒸餾頭、回流管均為石英材質(zhì)。
[0015]所述反應器皿的頂部開口，回流管的兩端口，蒸餾頭的各端口均采用磨口的方式進行加工，各部件之間的連接處均通過磨口密封。
[0016]所述反應器皿包括器皿本體，所述器皿本體為頂部敞開的半封閉式圓柱形器皿，器皿本體上配合設有上蓋，上蓋頂部設有圓柱管狀接口，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器皿內(nèi)腔通向外界的唯一出口。
[0018]所述保溫設施為不吸收微波的高純度氧化鋁保溫桶，反應器皿放置于保溫桶內(nèi)。
[0019]本實用新型對微波馬弗爐的結(jié)構(gòu)進行了改造。通過在其頂部開設通氣孔，并通過插入管道連接反應器皿內(nèi)外，解決了生物質(zhì)高溫炭化活化時產(chǎn)生的煙塵及焦油外排問題；同時，微波馬弗爐本身也具有連續(xù)高溫加熱的功能，并配合保溫設施使石英反應器皿長時間保持高溫。
[0020]將傳統(tǒng)的玻璃材質(zhì)的反應器皿改為石英反應器皿，保證了長時間連續(xù)高溫加熱時的耐受性；
[0021]由于傳統(tǒng)的圓底燒瓶反應器皿的球形結(jié)構(gòu)不能最大限度的利用爐腔及保溫桶的空間，本裝置重新設計了圓柱狀反應器皿，使得反應器皿體積最大化，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)長時間高溫加熱，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，完全滿足超級電容器的需求。
【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0024]圖1為本實用新型的生物質(zhì)直接炭化制備炭素活性材料的微波高溫反應爐裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本實用新型反應器皿結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖中，1-蒸餾頭，2-回流管，3-反應器皿，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)設置有反應器皿3，
[0028]所述反應器皿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上配合設有上蓋32，上蓋32頂部設有圓柱管狀接口 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成為反應器皿3內(nèi)腔通向外界的唯一出口。
[0030]爐腔內(nèi)設有不吸收微波的高純度氧化鋁保溫桶7，反應器皿放置于保溫桶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器皿3頂部的圓柱管狀接口 33連接，與反應器皿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]所述反應器皿3、蒸餾頭1、回流管2均為石英材質(zhì)。
[0034]所述反應器皿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行加工。
[0035]所述反應器皿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。
【主權項】
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)設置有反應器皿，反應器皿為頂部設有開口，四周密封，內(nèi)設空腔的箱型結(jié)構(gòu)；爐腔內(nèi)其它空間填充有保溫設施； 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器皿頂部的開口連接，與反應器皿內(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)權利要求1所述的微波高溫反應爐裝置，其特征在于:所述反應器皿、蒸餾頭、回流管均為石英材質(zhì)。
3.根據(jù)權利要求2所述的微波高溫反應爐裝置，其特征在于:所述反應器皿的頂部開口，回流管的兩端口，蒸餾頭的各端口均采用磨口的方式進行加工，各部件之間的連接處均通過磨口密封。
4.根據(jù)權利要求1所述的微波高溫反應爐裝置，其特征在于:所述反應器皿包括器皿本體，所述器皿本體為頂部敞開的半封閉式圓柱形器皿，器皿本體上配合設有上蓋，上蓋頂部設有圓柱管狀接口，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器皿內(nèi)腔通向外界的唯一出□ O
5.根據(jù)權利要求1所述的微波高溫反應爐裝置，其特征在于:所述保溫設施為不吸收微波的高純度氧化鋁保溫桶，反應器皿放置于保溫桶內(nèi)。
【專利摘要】本實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爐裝置，采用微波馬弗爐的頂部開設通氣孔，爐腔內(nèi)設置有反應器皿；爐腔內(nèi)其它空間填充有保溫設施；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器皿頂部的開口連接，與反應器皿內(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。該裝置適合長時間高溫加熱，能實現(xiàn)生物質(zhì)的直接炭化、高溫活化，適應制備炭素活性材料的要求。
【IPC分類】C01B31-02
【公開號】CN204508816
【申請?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, 王國慶
【申請人】長沙國容新能源有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月25日