УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) и производства фильтрующих элементов на их основе, используемых для очистки различных жидких сред.
Современные технологии получения ФСМ основаны на использовании углеродсодержащих материалов (УСМ) и переработке их в установках, содержащих основные конструктивные элементы: корпус, рабочую реакционную камеру, источник тепловой энергии, контейнеры с исходными УСМ, источник инертного газа, магистраль подачи, отвода переработанного материала, узел упаковки ФСМ [US 5227038, 1993; US 5994410, 1999; JP 1004507, 1998; RU 2057074, 1994; RU 2327518, 2005; RU 2206500, C01B 31/02, 2003].
Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по сущности и достигаемому технологическому результату.
Существенным недостатком аналогов и указанного прототипа является цикличность работы установки, где осуществляется только единственная операция - тепловая обработка УСМ. Для экстракции ФСМ используются дополнительные агрегаты с системой жидкостного разделения (толуол, бензол, ксилол и т.п.) с процессами выпаривания, осаждения выделения. Это приводит к многоступенчатой схеме получения ФСМ, ведет к потере свойств и снижению качества получаемых материалов, как фуллерена, так и композиционных систем на его основе; кроме этого резко повышается себестоимость продукта.
Технической задачей и технологическим результатом предложения является существенное расширение технологических возможностей установки для получения ФСМ, при котором сохраняют свойства этого материала (какими они получены), повышают качество отдельных фракций и их реакционную активность при составлении композиционных систем, в частности, при изготовлении фильтрующих элементов для обработки и очистки жидких сред; при высоких температурах режимов обработки и при использовании в фильтрующих элементах металлических и полимерных материалов, требующих согласованной сбалансированной работы ФСМ с конструкционными включениями в эти элементы, в т.ч. на механические нагрузки, на устойчивость к резким колебаниям температур.
Указанная техническая задача и технологический результат достигается за счет того, что установка для получения фуллеренсодержащих материалов содержит рабочую реакционную камеру, энергетическое устройство для создания высокотемпературного поля в полости реакционной камеры, источники подачи исходного углеродсодержащего материала и инертного газа, магистрали отвода продуктов переработки из полости реакционной камеры, при этом ее рабочая реакционная камера оснащена рассекателем и криволинейным отражателем массы перерабатываемого материала, переходящим в трубчатую магистраль, свернутую в виде спирали, выход этой трубчатой магистрали, имеющий патрубки отвода фракций, оснащен излучателем электронов и излучателем переменного магнитного поля, а также имеет, врезанные в его стенку по касательной и ориентированные вдоль потока отводимого материала, патрубки подачи газа.
Установка характеризуется тем, что патрубки отвода фракций материала дополнительно оснащены излучателями переменного магнитного поля.
Установка характеризуется и тем, что в качестве исходного материала используют композицию в виде аэрозоля в углеродсодержащем газе.
Установка перспективна за счет того, что в качестве энергетического устройства используют плазматрон с тангенциально ориентированной в реакционную камеру струей инертного плазмообразующего газа.
Установка для получения ФСМ раскрывается на прилагаемых чертежах, где:
на фиг.1 показан ее общий вид;
на фиг.2 - сечение по I-I на фиг.1;
на фиг.3 - поперечный разрез на фиг.2;
на фиг.4 - сечение по II-II на фиг.3;
на фиг.5 - узел А на фиг.4 - деталь магистрали;
на фиг.6, 7, 8, 9, 10 и 11 приведены принципиальные конструкции фильтрующих элементов, использующих в своей основе ФСМ и предназначенные для обработки и очистки различных жидких сред: сложных углеводородов, солевых растворов, биологических сред, сточных жидкостей, включая тонкую и сверхтонкую очистку.
4
Указанная многофункциональность установки и получаемых ФСМ достигнута благодаря тому, что установка содержит рабочую реакционную камеру 1 с реакционной полостью 2; оснащена энергетическим устройством в виде плазмотрона 3, подающим в камеру струю плазмы инертного газа, ориентированную тангенциально; бункеры 4 и 5 с исходным углеродсодержащим материалом (УСМ), источник углеродсодержащего газа (CH) и источник инертного газа 6 (He, Ar, Kr), и компрессор 7 для подачи УСМ в виде аэрозоля. Камера 1 в ее полости 2 имеет криволинейный отражатель с рассекателем 8 массы ФСМ, переходящий (фиг.1, 3, 4) в трубчатую магистраль 9, выход 10 этой магистрали имеет патрубки отвода фракций ФСМ 11, 12, 13 и 14, при этом магистраль 10 (фиг.5) оснащена излучателем электронов 15, излучателем переменного магнитного поля 16 и патрубками 17, врезанными под углом и по касательной в стенку по ходу потока ФСМ; дополнительно излучатели магнитного поля 18, 19, 20 размещены в патрубках отвода ФСМ.
Такое выполнение установки делает ее универсальной в использовании любых УСМ при одновременном фракционировании ФСМ, применяемых при изготовлении фильтров (фиг.6...11) различных моделей и функциональных назначений: индивидуальных, промышленных и специальных (фиг.10, 11) для биоактивных жидкостей.
4
Работа установки осуществляется следующим образом. В реакционную камеру 2 подают струю плазмотрона 3, в эту струю вводят исходный УСМ из бункеров 4, 5, эжектируя эти материалы с помощью струй газа, подаваемого из баллона 6, где в одном баллоне газ типа Ar, в другом - CH, формируемая с помощью газа аэрозоль подвергается возгонке и фазовым преобразованиям, которым способствуют конструкции криволинейного рассекателя потока и отражателя 8. Обработанный исходный УСМ поступает в потоке газа в трубчатую магистраль 9, постепенно остывая и завершая формирование молекул и кластеров ФСМ, поступает в выход 10 магистрали 9, где активно обрабатывается указанными излучателями 15 и 16 (фиг.5) и ориентируется потоком газа, подаваемого по патрубкам 17, поступая далее в патрубки отвода 11-14, где в патрубках 12-14 дополнительно обрабатывается излучателями 18, 19, 20.
Полученный материал используют для фильтрующих элементов или методом прессования (фиг.6-9), или гранулированным наполнением (фиг.10, 11), при этом выбирая размеры фильтрующих элементов: Н, L, h, G в соответствии с физико-химическими данными той жидкой среды, которую необходимо подвергнуть процессу обработки, очистки, насыщению и т.п. операциям.
Таким образом, как это показано выше, установка является практически универсальной и перспективной по конструкции и применению.